なぜバイクは、二輪なのに倒れず走れるのか

「お前、バイクは物理やぞ」を本気で考えてみる

飛行機は、なぜあれほど重いのに空を飛べるのでしょう。

船は、なぜ水に浮かぶのでしょう。

そしてバイクや自転車は、なぜ二つの細いタイヤだけで、倒れずに走ることができるのでしょう。

どれも普段から当たり前のように見ているため、あまり不思議に思わなくなっています。

しかし、止まっているバイクは、支えなければ倒れます。スタンドを払ったまま置いておくこともできません。

ところが走り始めると、スッと安定します。

ライダーが腕の力で、重い車体を真っすぐ支えているわけではありません。それなのに、ある程度速度が出ると、むしろ安定して感じられます。

あらためて考えると、なかなか不思議な乗り物です。

以前の記事でも触れましたが、学生時代に先生から言われた言葉があります。

「お前、バイクは物理やぞ」

当時は、その意味をそこまで深く考えていなかったかもしれません。

しかし長くバイクに乗り、レースをし、人に乗り方を伝える立場になると、確かにそのとおりだと思います。

バイクは、アクセルやブレーキ、ハンドルを操作するだけの乗り物ではありません。

重力、慣性、摩擦、回転、荷重移動、タイヤと路面の反力。

私たちはバイクに乗るたびに、全身で物理現象を感じながら走っているのです。

バイクは「倒れない」のではない

バイクが走るとなぜ倒れないのか。

その理由を分かりやすく一言で表すなら、

「倒れかけるたびに、タイヤの接地点を車体の下へ移動させているから」

となります。

バイクは、完全に真っすぐな状態を固定したまま走っているわけではありません。

実際には、わずかに右へ傾き、左へ傾き、そのたびに前輪の向きも細かく変化しています。

右へ倒れ始めれば、前輪もわずかに右へ向き、タイヤの接地点が右へ移動する。

左へ倒れ始めれば、接地点も左へ移動する。

そうやって、倒れそうになった車体の下へ、タイヤを入れ直しているのです。

つまりバイクは、

「倒れない乗り物」

というよりも、

「倒れかける動きを、走りながら修正し続ける乗り物」

と考えた方が近いのです。

ほうきを手のひらに立ててみる

この仕組みは、ほうきを手のひらに立ててバランスを取る動きを考えると分かりやすくなります。

ほうきが右へ倒れ始めたら、手を右へ動かします。

左へ倒れ始めたら、手を左へ動かします。

倒れようとするほうきの上側を、手で無理に押し戻しているわけではありません。

ほうきが倒れそうな方向へ、下側の支える位置を動かしているのです。

バイクの場合、この「手」に相当するのが、タイヤと路面が接している場所です。

バイクが右へ傾き始めたとき、前輪が少し右へ向けば、タイヤの接地点も右へ移動します。

すると、倒れようとしていた車体の下へタイヤが入り、もう一度支え直すことができます。

止まっているバイクでは、この接地点を素早く移動させられません。

だから足を着かなければ倒れます。

走っているバイクなら、前輪の向きを少し変えるだけで、接地点を左右へ動かせます。

これが、止まっていると倒れるのに、走ると安定する大きな理由です。

低速になると、なぜ急に難しくなるのか

ある程度速度が出ていれば、前輪の向きが少し変わるだけでも、タイヤの接地点はすぐ左右へ移動します。

ところが、極端に速度が低くなると、接地点の移動も遅くなります。

そのためライダーは、より大きく、より頻繁にハンドルを動かしながらバランスを取らなければなりません。

一本橋や低速走行で、ハンドルが細かく左右へ動くのはそのためです。

低速でバイクを無理に真っすぐ固定しようとすると、かえってバランスを崩しやすくなります。

倒れそうになった方向へ前輪を動かし、その下へタイヤを入れ続ける必要があります。

普段の走行では意識していなくても、ライダーは同じことを非常に小さな動きで行っています。

路面の傾き、わだち、横風、タイヤの変形、身体の動き。

バイクは常にわずかに姿勢を変えています。

その変化を感じながら、ライダーはほとんど無意識に修正しているのです。

自転車に初めて乗れた日の正体

子どものころ、自転車に初めて乗れた日のことを覚えているでしょうか。

最初はハンドルが大きく左右へ動き、ふらふらします。

転びそうになると怖くなり、身体にも腕にも力が入ります。

ところが、何度か練習していると、ある瞬間から急に乗れるようになります。

あれは、頭で物理を理解した瞬間ではありません。

倒れかけた方向へ前輪を向け、タイヤの接地点を車体の下へ入れる動きを、身体が覚えた瞬間です。

一度覚えると、何年乗らなくても完全には忘れません。

「自転車に乗れる」というのは、単にペダルをこげるという意味ではありません。

倒れようとする車体に対して、接地点を細かく動かし続けるという、高度な制御を身体が習得した状態なのです。

バイクも基本は同じです。

ただし、自転車より重く、速度が高く、加速力も制動力も大きい。

そのため、小さな操作の違いが、より大きな車体の動きとなって表れます。

ジャイロ効果だけで立っているわけではない

バイクが倒れない理由として、よく聞くのが「ジャイロ効果」です。

回転しているホイールには、回転軸の向きを急に変えにくい性質があります。

コマが回っている間は立っているように、バイクのホイールも回転することで、急激な姿勢変化に抵抗します。

速度が上がればホイールの回転も速くなるため、この効果は大きくなります。

ですから、ジャイロ効果がバイクの安定を助けていることは間違いありません。

ただし、

「バイクはホイールのジャイロ効果だけで立っている」

という説明では足りません。

バイクの安定には、前輪が自由に向きを変えられること、キャスター角やトレール、タイヤの形状、重心位置、車体各部の重さ、そしてライダーの操作が関係しています。

大切なのは、倒れかけた方向へ前輪が向き、タイヤが路面から受ける力を使って、車体の傾きを修正できることです。

前輪が進行方向へ戻ろうとする仕組み

バイクのフロントフォークは、地面に対して垂直には取り付けられていません。

少し後ろへ傾いています。

そして、ステアリングの回転軸を地面まで延長した位置よりも、実際の前輪の接地点は少し後方にあります。

この距離をトレールと呼びます。

ショッピングカートのキャスターを思い浮かべると分かりやすいでしょう。

カートを前へ押すと、車輪は自然に進行方向へ向こうとします。

バイクの前輪にも、それに似た働きがあります。

走行中に前輪の向きが乱れても、車体の設計やタイヤに働く力によって、進行方向へ戻ろうとします。

また、車体が傾くと、前輪は傾いた側へ向こうとする動きも生まれます。

その結果、倒れかけた側へ接地点が移動し、車体を支え直します。

バイクの性格は、エンジンの馬力だけで決まるものではありません。

キャスター角、トレール、ホイールベース、重心位置、タイヤの幅や形。

こうした車体寸法そのものが、そのバイクの直進安定性や曲がり方を作っているのです。

では逆に、コーナーリングのきっかけとして傾けるには

倒れそうになった方向へタイヤを移動させれば、バイクを支え直すことができます。

では逆に、コーナーリングのきっかけとして、意図的にバイクを傾けたい場合はどうすればよいのでしょう。

答えは、

「傾けたい方向とは反対側へ、タイヤの接地点を一瞬だけ動かす」

ことです。

例えば右コーナーへ入るとします。

ある程度速度が出ている状態で右グリップを前へ押すと、前輪は一瞬だけ左へ向きます。

すると、前輪の接地点付近には左向きの力が働きます。

その力は車体の重心より低い場所から加わるため、車体を右へ傾ける回転力が生まれます。

右グリップを前へ押す
↓
前輪が一瞬だけ左へ向く
↓
タイヤが路面から左向きの力を受ける
↓
車体を右へ傾ける回転力が生まれる
↓
バイクが右へ傾き始める
↓
右コーナーへの旋回が始まる

これが、いわゆるカウンターステアです。

「右へ曲がるのに、最初は前輪を左へ向ける」

言葉だけで聞くと不思議です。

しかし、コーナーの途中で反対へ曲がろうとしているわけではありません。

前輪を一瞬だけ反対側へ向けることで、車体を傾けるきっかけを作っているのです。

モトクロスでは、内足を抜くこともきっかけになる

ここからは、モトクロスの着座コーナーリングで私が感じていることです。

私は、コーナー進入で内足をステップから抜くことで、ライダーの軸が外側へ移り、それが車体を傾け始めるきっかけになると考えています。

例えば左コーナーなら、左足をステップから抜きます。

それまで左右のステップやシートで支えていた身体は、内側の支持を一つ失います。

すると身体を支える場所は、シートと右側の外ステップ、外膝などへ移ります。

ここで重要なのは、内足を抜いただけで、バイクとライダーを合わせた全体の重心が急に外側へ移動する、という話ではありません。

変わるのは、

「ライダーの荷重を、どこで支えているのか」

という支持の軸です。

内ステップで支えていた経路がなくなり、外ステップ側で身体を支えるようになる。

するとライダーの身体は車体の外側へ残りやすくなり、その内側へバイクを傾ける余地が生まれます。

内足を抜く
↓
内側の支持がなくなる
↓
シートと外ステップ側へ支持軸が移る
↓
ライダーの身体を外側へ残しやすくなる
↓
その内側へ車体を傾けやすくなる

これが、私が考える内足抜きの意味です。

内足を出すのは、単に地面に足を着く準備をしているだけではありません。

内側の支持を抜き、ライダーの軸を外側へ移す。

それによって、ライダーとバイクが一体のまま内側へ倒れるのではなく、身体を外へ残しながら、車体だけを内側へ傾けやすくする。

特に、平坦路で車体を深く寝かせるモトクロスのコーナーでは、この違いが大きくなります。

内足を早めに抜き、膝を高く上げ、外ステップとシートで身体を支える。

そうすることで、車体はライダーの内側へ入りやすくなります。

外ステップは「踏む」だけではない

スポーツ走行やオフロードでは、

「外ステップを踏む」

という言葉をよく使います。

ただ、外ステップを下へ強く踏めば、それだけでバイク全体が内側へ倒れる、という単純な話ではありません。

外ステップへの入力には、ライダーの身体を外側で支える意味があります。

左コーナーなら、右側の外ステップへ荷重を掛けることで、上体や腰を外側へ残しやすくなる。

内足を自由にし、車体との位置関係を整えやすくなる。

下半身が安定するため、ハンドルへの入力も行いやすくなる。

つまり外ステップは、車体を力ずくで押し倒すものというより、

「ライダーの軸を外側に置き、車体をその内側へ傾けられる姿勢を作るもの」

と考えた方が近いと思います。

実際の車体の傾きには、ハンドルへの入力やタイヤが路面から受ける力も関係します。

内足を抜くこと、外ステップで身体を支えること、ステアリングによって車体を傾けること。

これらは別々の操作ではなく、一連の動きとしてつながっています。

倒れないための動きと、傾ける動きは表裏一体

ここまでを整理すると、面白いことが分かります。

右へ倒れそうになったバイクを支え直したいなら、前輪の接地点を右へ移動させます。

反対に、右へコーナーリングを始めたいなら、前輪に一瞬左向きの力を発生させ、車体を右へ傾けます。

倒れそうな方向へ接地点を動かすと、車体は支え直される。

反対側へ接地点を動かし、タイヤの横力を使うと、車体を意図した方向へ傾けることができる。

バイクを起こす動きと、寝かせる動きは、まったく別の現象ではありません。

重心、接地点、タイヤが路面から受ける力の関係を、反対向きに使っているのです。

重いバイクを腕力だけで倒しているわけではありません。

支える位置や力の向きをほんの少し変えることで、車体が傾くきっかけを作っているのです。

なぜ傾いたままコーナーを曲がれるのか

コーナーリングでは、バイクは内側へ大きく傾きます。

止まっている状態であれほど傾ければ、当然そのまま倒れます。

それなのに走行中は、傾いたまま旋回できます。

これは、タイヤが路面から受ける力と、重力の関係に合った角度まで車体を傾けているからです。

バイクには、常に真下へ引っ張る重力が働いています。

一方、コーナーを曲がるには、進行方向を内側へ変える力が必要です。

その内向きの力は、タイヤと路面の間で生まれます。

速度が高いほど、またコーナーの半径が小さいほど、向きを変えるために必要な力は大きくなります。

その力と重力の関係に合う角度まで車体を傾けると、車体をさらに内側または外側へ倒そうとする回転力がほぼ釣り合い、一定のバンク角で旋回できます。

よく、

「あれほど傾けて、よく倒れないものだ」

と言われます。

しかし正確には、

「必要なだけ傾けているから、倒れずに曲がれる」

のです。

同じコーナーなら、速度が高いほど深いバンク角が必要になります。

速度を落とせば、浅いバンク角で曲がれます。

気合いや根性で、必要なバンク角が決まるわけではありません。

速度、旋回半径、タイヤのグリップ、路面状態。

条件が変われば、必要な傾きも変わります。

バイクの操作は、すべて力のやり取り

アクセルを開けると、リアタイヤが路面を後ろへ押し、その反作用でバイクは前へ進みます。

ブレーキをかけると、タイヤと路面の摩擦によって速度が落ち、車体の荷重は前へ移動します。

コーナーでは、タイヤが路面を押し、路面から受ける力によって進行方向が変わります。

サスペンションは、路面から受ける衝撃をバネとダンパーで受け止め、タイヤが路面から離れにくいように働きます。

タイヤが使えるグリップにも限界があります。

ブレーキをかけながら曲がれば、タイヤは減速と旋回の両方に力を使います。

深く傾いたまま強く加速すれば、今度は旋回と加速の両方に力を使います。

その限界を超えれば、タイヤは滑ります。

バイクに起きていることを一つずつ見ていくと、そこには必ず力の流れがあります。

上手な人が必ずしも難しい公式を知っているわけではありません。

しかし、

今、どちらのタイヤに重さが乗っているのか。

タイヤが、どの方向へ力を使っているのか。

ここでブレーキをかけたら、次に車体がどう動くのか。

内足を抜いたら、身体をどこで支えることになるのか。

そうした物理の変化を、感覚として理解しています。

「感覚」と「物理」は別のものではない

バイクは感覚で乗るものだ、とよく言われます。

それも間違いではありません。

しかし、感覚と物理は別々のものではありません。

物理現象を身体で感じ取ったものが、ライダーの感覚です。

フロントタイヤが路面をつかんだ感じ。

リアタイヤに荷重が移った感じ。

ブレーキでフロントフォークが沈む感じ。

アクセルを開けたときに、車体が起きようとする感じ。

内足を抜いた瞬間に、身体の軸が外へ移る感じ。

外ステップで身体を支えたときに、車体だけが内側へ入っていく感じ。

私たちは、目には見えない力の変化を、手、足、腰、身体全体で感じています。

ただし、感覚だけに頼っていると、その日の体調や路面状況、車種の違いによって判断がずれることがあります。

そこで役に立つのが、

「なぜそうなったのか」

という物理的な理解です。

曲がらなかった。

滑った。

怖かった。

フロントが逃げた。

リアが流れた。

そのときに、ただ「自分が下手だった」で終わらせず、

速度が高すぎたのか。

ブレーキを残しすぎたのか。

身体の位置がずれていたのか。

内足を抜くのが遅かったのか。

支持軸が内側に残ったままになっていなかったか。

タイヤに減速と旋回を同時に求めすぎたのか。

そうやって原因を分けて考えられるようになります。

不安定だからこそ、自由に動ける

バイクは、四輪車のように停車したまま安定している乗り物ではありません。

二輪である以上、何もしなければ倒れます。

しかし、その不安定さがあるからこそ、バイクは軽く向きを変え、車体を傾け、自由に旋回できます。

最初から絶対に倒れないように作られた乗り物ではありません。

倒れようとする力と、それを支え直す力の間で、絶えずバランスを取り続けています。

走ると安定する。

接地点に働く力を変えると傾く。

内足を抜いて支持軸を外へ移すと、身体を外側へ残しながら、車体を内側へ傾けやすくなる。

そして傾いた車体に旋回する力が加わると、そのままコーナーを曲がっていく。

それぞれ別々の動きに見えますが、すべて重心、接地点、支持する場所、そしてタイヤが路面から受ける力のつながりで考えることができます。

飛行機が空気の力を使って飛ぶように、船が水から受ける力によって浮くように、バイクは走ることで生まれる力を使って二輪のまま立っています。