後輪のジャイロ効果　バイクの物理現象　安定走行の秘密

後輪のジャイロ効果　バイクの物理現象

低速のUターンでは、高速コーナリングより倒すのが怖い

後輪のジャイロ効果とは何か

バイクが走行中に倒れずに安定して走れるのは、回転する車輪が生み出す「ジャイロ効果」という物理現象が大きく関わっています。ジャイロ効果とは、回転している物体がその回転軸の向きを保とうとする力のことで、独楽（コマ）が回転中は立っているのと同じ原理です。

バイクでは前輪と後輪という2つの回転体が、走行中に高速回転することでこの効果を発揮します。さらに、エンジン内部のクランクシャフトも高速で回転しているため、実はバイクには前輪・後輪・クランクという3つの回転重量物が存在し、それぞれがジャイロ効果を生み出しているのです。これらが組み合わさることで、バイクの強力な安定性が実現されています。

後輪は駆動輪として常に路面を蹴っているため、前輪よりも重量があり、接地面積も大きく設計されています。

つまり回転する質量が大きいということですね。

このため、後輪のジャイロ効果は前輪よりも強く働き、バイク全体の安定性に大きく貢献しているのです。

後輪の回転速度と安定性の関係

ジャイロ効果の強さは、回転するスピードに比例します。バイクが高速で走行しているとき、後輪は毎秒何十回転もしており、その回転数が高いほど姿勢を保とうとする力が強くなります。時速100kmで高速道路を走っているときに、ハンドルが軽く感じられ、まっすぐ進むのが楽なのはこのためです。

一方、低速走行ではジャイロ効果が大幅に弱まります。漕ぎ出しの瞬間や停止直前が一番ふらつきやすいのは、ホイールの回転数が足りず、十分なジャイロ効果が発生していないからです。コーナリングで平気で膝をすれる人が、Uターンで車体を大きく倒すことに自信を持てないのは、この安定成分が非常に小さくなるからなのです。

具体的には、時速10km以下の低速走行では、ジャイロ効果はほぼ無視できるレベルまで低下します。この状態では、ライダー自身が体を使ってバランスを補正する必要があり、白バイ隊員が一本橋で完全停止できるのも、ジャイロ効果ではなく体でバランスを取っているからです。低速での取り回しが苦手な方は、積極的に体重移動の練習をすると改善しますよ。

低速訓練用の一本橋練習がおすすめです。自動車教習所の卒業生向けに開放している施設もあるので、近隣の教習所に問い合わせてみましょう。

後輪ホイールの重さが走行性能に与える影響

後輪のホイールが重いほど、ジャイロ効果は大きくなります。これは重いコマほど長く回り続けるのと同じ原理で、重量のある回転体ほど姿勢を維持する力が強く働くのです。そのため、重いホイールを装着したバイクは、高速走行時の直進安定性が高まり、まっすぐ走るのが楽になります。

しかし、デメリットもあります。重いホイールは切り返しのような動きが重くなるのです。交差点やワインディングでの連続コーナーなど、車体を左右に倒して操縦する場面では、スムーズに車体を倒すのに大きな力が必要になり、操作感が重く感じられます。これは、強いジャイロ効果が姿勢を維持しようとするため、その向きを変えるのに抵抗が生まれるからです。

参考）https://ameblo.jp/activestaff/entry-11751485130.html

逆に、軽量ホイールに交換すると、ジャイロ効果が減少し、バイクの切り返しが軽くなります。軽快な操作感が得られるため、峠道やサーキット走行では有利になります。さらに、ホイールはバネ下重量（サスペンションより下にある部分）なので、軽くするとサスペンションへの負担が減り、路面追従性が向上する効果もあります。結果として燃費、加速性能、ブレーキ性能まで向上するんですね。

ホイールカスタムを検討する際は、ツーリング重視なら重めで安定性重視、スポーツ走行なら軽量で操作性重視という選び方が基本です。社外品ホイールのカタログには重量が明記されているので、純正との比較をしてみると良いでしょう。

後輪ジャイロ効果とコーナリング技術

コーナリング中、後輪のジャイロ効果はライダーの操作に影響を与えます。バイクを右に傾けようとすると、回転している後輪のジャイロモーメントが作用し、ハンドルが自然と右に切れる方向に力が働くのです。これは、回転軸に対して垂直な方向にトルク（力）が加わると、90度ずれた方向に力が働くというジャイロ効果の特性によるものです。

この現象を理解していると、コーナリングがスムーズになります。バイクを倒し込む際に、無理にハンドルをこじる必要はなく、車体を傾けるだけでハンドルは自然と切れていきます。特に中速から高速のコーナーでは、後輪の回転が速いためジャイロ効果が強く働き、セルフステアリング（自然に曲がる力）が発生しやすくなるのです。

ただし、やや速めに流しているときに「急に曲がらなく感じる」「倒し込みが重い」と感じることがあります。これは高速走行で強まったジャイロ効果が、直進姿勢を保とうとする力を強めているからです。こういう場面では、後輪荷重を意識した体重移動が有効です。シート座面上で荷重を後ろに移動させると、後輪接地点を中心に車体の向きが変わりやすくなり、旋回性が引き出せます。

参考）ワインディングトレーニング：後輪荷重と体重移動で曲がる

体重移動のコツは、カーブに差しかかったら少しだけ前屈みになることです。フロントタイヤに体重を預けると荷重が増え、タイヤの反応が良くなります。荷重とグリップは比例関係にあるので、狙った通りのラインをトレースしやすくなるんですね。

参考）わずかな荷重移動でコーナリングが気持ちよく　～木下隆之の、ま…

後輪以外の安定要因とジャイロ効果の限界

実は、バイクの安定性はジャイロ効果だけで説明できるわけではありません。研究者の間では「バイクがなぜ安定して走るのか、実はよくわかっていない」というのが正直なところなのです。2011年の実験では、ジャイロ効果がゼロで、トレール（接地点とステアリング軸の延長線の距離）が負という、理論上は不安定なはずのバイクが、実際には自律走行して倒れなかったという驚きの結果が報告されています。

バイクを安定化させるもう一つの重要な要因は「キャスター効果」です。前輪の接地点がヘッドチューブの延長線より後ろにあることで、直進する際の安定性が高まります。キャスターが寝ている（角度が大きい）ほどトレール量が長くなり、安定志向になるのです。低速域ではジャイロ効果が働かないため、このトレール効果がハンドルの切れ角でバランスを補正してくれます。

速度域によって主な安定要因が変わることも重要です。低速（漕ぎ出しなど）ではトレール効果が主役で、中速から高速ではジャイロ効果が主役になります。このように、バイクは二段構えの安全構造になっているんですね。

また、空中でのジャイロ効果も興味深い現象です。モトクロスなどでジャンプした際、空中で後輪が回転していると、ライダーが体を動かすことで姿勢変化をコントロールできます。これは回転する後輪が角運動量を持っているため、その反作用を利用して車体全体の姿勢を調整できるからです。地面との接触がなくても、ジャイロ効果は働いているということですね。

参考リンク：元ヤマハエンジニアによる二輪運動力学の詳しい解説
【元ヤマハエンジニアから学ぶ】二輪運動力学からライディングを…
参考リンク：バイクの安定性に関する学術的な研究論文（PDF）
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jje/53/4/53_116/_pdf/-char/en

26インチ 自転車 26×1 3/8 14T 37-590 後輪リム完組 ローラー用ステンリム 1本 タイヤ チューブ 付 シティサイクル ママチャリ EnergyPrice