숫자로 이해하는 자전거

도구 한눈에 보기

자전거는 놀라울 만큼 정직한 기계입니다. 페달을 한 바퀴 돌리면 체인링과 스프라켓의 톱니 수 비율만큼 뒷바퀴가 돌고, 바퀴 둘레만큼 앞으로 나아갑니다. 언덕에서 다리가 무거운 이유는 중력이 몸무게에 경사의 사인값을 곱한 만큼 뒤로 잡아당기기 때문이고, 시속 30km를 넘기면 숨이 차오르는 이유는 공기저항을 이기는 데 드는 파워가 속도의 세제곱으로 늘어나기 때문입니다. 이 장의 계산기들은 바로 그 단순하고 정직한 물리를 여러분의 자전거와 몸에 맞춰 풀어 주는 도구입니다.

각 계산기 아래에는 사용한 공식, 결과를 읽는 방법, 그리고 실전에서 숫자를 어떻게 활용하면 좋은지에 대한 설명을 함께 실었습니다. 계산 결과는 출발점일 뿐 정답은 아닙니다. 같은 공기압이라도 타이어 브랜드와 림 내폭에 따라 느낌이 다르고, 같은 칼로리 추정치라도 개인의 체성분과 효율에 따라 실제 소모량은 달라집니다. 숫자를 기준선으로 삼고 몸이 느끼는 감각으로 미세 조정하는 것, 그것이 계산기를 가장 잘 쓰는 방법입니다. 입력한 값은 어디에도 전송되지 않으며 모든 계산은 여러분의 브라우저 안에서만 이루어집니다.

기어비 & 속도 계산기

기어는 자전거가 사람의 다리를 이해하는 방식입니다. 사람의 다리는 분당 80~100회 정도로 페달을 돌릴 때 가장 효율적으로 힘을 내는데, 길의 경사와 바람은 끊임없이 바뀝니다. 변속기는 이 간극을 메우기 위해 앞 체인링과 뒤 스프라켓(코그)의 조합을 바꿔, 같은 회전수(케이던스)로도 다른 속도를 낼 수 있게 해 줍니다. 아래 계산기에 체인링과 카세트 구성, 바퀴 크기, 케이던스를 넣으면 모든 기어 조합의 속도를 한 장의 차트와 표로 보여 줍니다.

계산 원리: 기어비에서 속도까지

모든 계산의 출발점은 기어비입니다. 기어비는 체인링 톱니 수를 코그 톱니 수로 나눈 값으로, 50T 체인링과 25T 코그라면 2.0이 됩니다. 페달을 한 바퀴 돌릴 때 뒷바퀴가 두 바퀴 돈다는 뜻입니다. 여기에 바퀴 둘레를 곱하면 페달 한 바퀴에 자전거가 나아가는 거리, 즉 진행거리(development)가 나옵니다. 700×28c 타이어의 둘레는 약 2,136mm이므로 기어비 2.0에서는 한 바퀴에 약 4.27m를 갑니다. 마지막으로 진행거리에 케이던스와 60을 곱하면 시간당 이동 거리가 되고, 1,000으로 나누면 km/h 단위 속도가 됩니다.

속도(km/h) = (체인링 ÷ 코그) × 바퀴 둘레(m) × 케이던스(rpm) × 60 ÷ 1000

기어인치는 영어권에서 오래 써 온 지표로, 기어비에 바퀴 지름(인치)을 곱한 값입니다. 체인 구동이 없던 하이휠(페니파딩) 시절, 앞바퀴 지름이 곧 기어였던 전통이 남은 것입니다. 기어인치 30이라면 지름 30인치짜리 하이휠을 직접 돌리는 것과 같은 무게감이라는 뜻이죠. 일반적으로 25 이하면 가파른 산길도 오를 수 있는 매우 가벼운 기어, 100을 넘으면 평지 고속 주행이나 내리막용 무거운 기어로 봅니다. 프랑스와 유럽 대륙에서는 기어인치 대신 진행거리(m)를 더 많이 씁니다.

차트 읽는 법: 겹침, 간격, 크로스체인

차트에서 체인링마다 그어진 가로줄이 서로 겹치는 구간은 앞 변속을 하지 않고도 비슷한 속도를 낼 수 있는 중복 구간입니다. 2×11단이라면 이론상 22개 조합이 있지만 실제로 서로 3% 이상 차이 나는 기어는 13~15개 정도에 불과합니다. 계산기의 '실질 단수'는 크로스체인을 제외한 조합을 기어비 순서로 늘어놓고 바로 앞 기어와 3% 이상 차이 나는 것만 센 값입니다.

같은 줄 위의 점 간격은 변속 단차를 뜻합니다. 11-12-13처럼 1T씩 촘촘하면 변속해도 케이던스가 7~8%만 바뀌어 리듬이 끊기지 않지만, 10-51처럼 범위가 넓은 카세트는 큰 코그 쪽 단차가 15~20%에 이르러 업힐에서 한 단을 바꿀 때 다리에 걸리는 느낌이 확 달라집니다. 넓은 범위와 촘촘한 단차는 서로 맞바꾸는 관계이며, 이것이 로드 바이크가 2× 구동계를, MTB가 1× 구동계를 선호하는 이유이기도 합니다.

크로스체인은 큰 체인링과 가장 큰 코그, 혹은 작은 체인링과 가장 작은 코그를 함께 쓰는 조합입니다. 체인이 비스듬히 비틀려 소음과 마찰이 늘고, 체인·톱니 마모가 빨라지며, 앞 변속기 케이지에 체인이 닿기도 합니다. 계산기는 2단 이상 체인링에서 양 끝 두 개씩의 코그를 크로스체인으로 표시합니다. 이 조합들은 대부분 다른 체인링의 더 곧은 조합으로 대체할 수 있으니 차트에서 대체 기어를 찾아 보세요. 1× 구동계는 체인라인 설계를 감안해 표시하지 않았지만, 양 끝 기어를 오래 쓰면 마모가 빠른 것은 마찬가지입니다.

타이어 공기압 계산기

공기압은 비용이 전혀 들지 않으면서 승차감, 속도, 접지력, 펑크 저항을 동시에 바꾸는 가장 강력한 튜닝 수단입니다. 과거에는 "단단할수록 빠르다"는 믿음 때문에 23mm 타이어에 120psi를 넣는 일이 흔했지만, 지금은 실제 노면에서는 적정 수준 이상으로 공기를 넣으면 진동으로 에너지가 새어 나가 오히려 느려진다는 시험 결과가 널리 알려져 있습니다. 아래 계산기는 체중과 타이어 폭, 노면을 반영해 출발점이 될 앞·뒤 공기압을 추정합니다.

계산 원리: 15% 타이어 처짐

이 계산기는 미국의 자전거 기술 저술가 프랭크 베르토(Frank Berto)가 실측 데이터로 정리한 '15% 처짐(tire drop)' 원칙을 바탕으로 합니다. 타이어에 체중이 실렸을 때 타이어 높이가 원래의 약 15% 정도 눌리는 공기압이 구름저항, 승차감, 림 보호 사이의 균형점이라는 생각입니다. 타이어가 받치는 하중은 대략 공기압 × 접지 면적이고, 폭이 넓은 타이어는 같은 처짐에서 접지 면적이 크기 때문에 훨씬 낮은 공기압으로도 같은 하중을 버팁니다. 계산기는 전체 무게(라이더+자전거+짐)를 일반적인 로드·그래블 자세의 하중 분배인 앞 46% : 뒤 54%로 나눈 뒤, 바퀴별 하중에 비례하고 타이어 폭의 약 1.55제곱에 반비례하는 근사식으로 기본값을 구합니다.

여기에 몇 가지 보정을 곱합니다. 튜브리스는 튜브가 림과 장애물 사이에 끼어 찢어지는 '스네이크 바이트' 펑크가 없고 내부 마찰도 적어 약 8% 낮춥니다. 거친 도로는 6%, 그래블은 14%, 오프로드는 20% 정도 낮춰 타이어가 요철을 삼키게 하고, 젖은 노면에서는 접지 면적을 늘리기 위해 추가로 5%를 낮춥니다. 이 보정 비율은 SRAM·Zipp, SILCA, 각 타이어 제조사가 공개한 공기압 표들의 경향을 참고해 평균적인 값으로 정한 것입니다.

결과를 쓰는 법과 안전 한계

결과로 나온 숫자는 출발점입니다. 우선 계산값으로 몇 번 달려 본 뒤, 노면 충격이 손과 엉덩이로 튀어 오르듯 전달되면 2~3psi씩 낮추고, 코너에서 타이어가 물컹하게 구겨지거나 림이 바닥에 닿는 느낌이 나면 올리세요. 결과 상자에 표시한 ±5% 범위가 대부분의 사람이 만족하는 구간입니다. 공기압은 측정 기구마다 오차가 커서 펌프 게이지 두 개가 5psi 이상 다르게 읽는 일도 흔하므로, 한 가지 게이지를 정해 꾸준히 쓰는 것이 숫자 자체보다 중요합니다.

칼로리 & 파워 계산기

자전거는 체중이 안장에 실려 관절 부담이 적으면서도 오랜 시간 많은 에너지를 쓸 수 있는 운동입니다. 그렇다면 한 시간 라이딩으로 얼마나 소모했을까요? 이 계산기는 평균 속도 또는 파워미터로 측정한 평균 파워를 입력받아 소모 칼로리를 추정하고, 그 숫자를 우리에게 익숙한 음식으로 바꿔 보여 줍니다.

계산 원리: kJ와 kcal가 거의 같은 이유

파워미터가 표시하는 숫자는 페달에 가한 기계적 일입니다. 평균 150W로 1시간을 달렸다면 150J/s × 3,600s = 540kJ의 일을 한 셈이죠. 그런데 사람의 몸은 음식에서 얻은 화학 에너지의 일부만 페달을 돌리는 데 쓰고 나머지는 열로 내보냅니다. 사이클링에서 이 총 효율(gross efficiency)은 보통 20~25% 사이로 알려져 있습니다. 효율을 24%로 두면 실제로 쓴 에너지는 540 ÷ 0.24 = 2,250kJ이고, 1kcal = 4.184kJ이므로 약 538kcal가 됩니다. 효율 24%와 단위 환산 계수 4.184가 서로를 거의 상쇄하기 때문에 "사이클링에서 kJ ≈ kcal"라는 편리한 규칙이 생겨났습니다.

평균 속도 모드에서는 먼저 물리 모델(다음 섹션의 파워 시뮬레이터와 같은 식)로 그 속도를 유지하는 데 필요한 평균 파워를 추정합니다. 자전거 무게 10kg, 일반 동호인의 편안한 자세(CdA 0.45), 보통 아스팔트(Crr 0.006)를 가정하고, 실제 도로의 가감속·바람·노면 변화를 감안해 15%를 더합니다. '코스 성격'의 환산 경사는 오르막에서 쓴 에너지를 내리막에서 다 돌려받지 못하는 몫(브레이크, 빨라진 속도의 공기저항)을 평균 경사로 바꿔 표현한 것입니다. 실제 라이딩에는 신호 대기, 가감속, 바람이 있어 같은 평속이라도 파워미터 값과 차이가 날 수 있으므로, 파워미터가 있다면 파워 모드가 훨씬 정확합니다.

비교용으로 함께 표시하는 MET 방식은 미국 '신체활동 개요서(Compendium of Physical Activities)'의 대사 당량 값을 쓰는 방법입니다. 시속 16~19km는 6.8MET, 19~22.5km는 8.0MET, 22.5~25.5km는 10.0MET처럼 속도 구간마다 정해진 값에 체중(kg)과 시간(h)을 곱합니다. 간단하지만 경사와 바람을 반영하지 못하고, 속도 구간 경계에서 값이 계단처럼 뛰는 한계가 있습니다. 또한 MET 값에는 가만히 있어도 쓰는 휴식 대사량이 포함되고, 실험실 측정을 바탕으로 해 일반적인 동호인 라이딩에서는 다소 높게 나오는 경향이 있습니다. 그래서 두 값을 하한과 상한처럼 보고, 실제 소모량은 대개 그 사이 어딘가에 있다고 이해하는 편이 현실적입니다.

파워 필요량 시뮬레이터

자전거가 앞으로 나아갈 때 라이더의 다리는 세 가지 적과 싸웁니다. 타이어가 노면에서 찌그러지며 생기는 구름저항, 언덕에서 뒤로 끌어내리는 중력, 그리고 몸과 자전거가 밀어내야 하는 공기저항입니다. 여기에 체인과 베어링에서 생기는 구동계 손실이 더해집니다. 이 시뮬레이터는 자세, 경사, 속도, 체중, 바람을 바꿔 가며 각 저항이 파워를 얼마나 잡아먹는지 보여 줍니다.

사용한 공식

P = ( Crr·m·g·cosθ + m·g·sinθ + ½·ρ·CdA·v_a² ) · v ÷ η

여기서 m은 라이더와 자전거를 합친 질량(kg), g는 중력가속도 9.81m/s², θ는 경사각(경사 % ÷ 100의 아크탄젠트), v는 지면 대비 속도(m/s), v_a는 바람을 더한 공기 대비 속도입니다. ρ는 공기 밀도로 해발 0m·약 20℃ 기준 1.2kg/m³를 사용했고, η는 구동계 효율로 깨끗하게 관리한 체인 구동계의 일반적인 값인 97%를 적용했습니다. 즉 바퀴에 전달해야 하는 파워의 약 3%가 체인과 베어링에서 열로 사라진다는 가정입니다.

CdA는 항력계수(Cd)와 정면 면적(A)을 곱한 값으로, 공기 속에서 얼마나 '넓게' 보이는지를 나타냅니다. 상체를 세운 시티 바이크 자세는 0.5~0.6m², 로드 바이크에서 브레이크 후드를 잡으면 약 0.32~0.40m², 드롭바 아래를 잡고 몸을 숙이면 0.28~0.32m², 에어로바를 쓰는 타임트라이얼 자세는 0.20~0.25m² 정도입니다. 프로 선수들이 풍동에서 몇 시간씩 자세를 다듬는 이유가 여기에 있습니다. 평지 시속 40km에서는 전체 파워의 80% 이상이 공기저항에 쓰이기 때문에, CdA를 10%만 줄여도 같은 파워로 눈에 띄게 빨라집니다.

숫자가 알려 주는 것

슬라이더를 움직여 보면 몇 가지 법칙이 드러납니다. 첫째, 평지에서는 공기저항이 지배적입니다. 속도가 두 배가 되면 공기저항 '힘'은 네 배, 그것을 이기는 '파워'는 여덟 배가 됩니다. 시속 20km에서 30km로 올리는 데 드는 추가 파워보다 30km에서 40km로 올리는 데 드는 추가 파워가 훨씬 큰 이유입니다. 둘째, 오르막에서는 중력이 지배적입니다. 7% 경사를 시속 12km로 오르면 공기저항은 수십 와트에 불과하지만 중력은 수백 와트를 요구합니다. 그래서 업힐에서는 자세보다 체중 대비 파워(W/kg)가 중요하고, 자전거 무게 1kg이 평지보다 의미 있게 느껴집니다.

셋째, 맞바람은 생각보다 혹독합니다. 시속 15km의 맞바람 속을 시속 25km로 달리는 것은 공기 입장에서는 시속 40km로 달리는 것과 같습니다. 무리 지어 달리는 펠로톤에서 뒷사람이 앞사람의 바람막이 효과(드래프팅)로 파워를 20~30% 이상 아끼는 것도 같은 원리입니다. 결과 상자의 '평지 무풍 환산 속도'는 지금 내는 파워를 평지 무풍 조건에 그대로 쏟았을 때 낼 수 있는 속도로, 오르막이나 맞바람에서의 노력이 평지 기준으로 어느 정도인지 감을 잡는 데 유용합니다.

프레임 사이즈 & 안장 높이 퀵 계산기

맞지 않는 자전거는 아무리 비싸도 불편합니다. 프레임이 너무 크면 핸들이 멀어 허리와 목이 아프고, 너무 작으면 무릎이 핸들에 닿을 듯 답답합니다. 아래 계산기는 키와 인심(다리 안쪽 길이)만으로 프레임 사이즈와 안장 높이의 출발점을 알려 줍니다. 측정법과 세부 피팅은 04장 조립·피팅에서 자세히 다룹니다.

안장 높이는 그렉 르몽(Greg LeMond)이 대중화한 인심 × 0.883 공식을 사용했습니다. 이는 크랭크 회전축(BB) 중심에서 안장 윗면까지, 시트튜브를 따라 잰 길이입니다. 함께 표시하는 109% 방식은 페달을 가장 아래로 내렸을 때 페달 축에서 안장 윗면까지의 거리를 인심의 109%로 맞추는 방법입니다. 두 공식 모두 크랭크 길이 170~172.5mm를 기준으로 한 경험식이므로, 결과를 바탕으로 맞춘 뒤 페달이 가장 아래에 있을 때 무릎이 25~35도 정도 굽어 있는지 확인하세요. 안장을 옮길 때는 한 번에 5mm 이내로 조금씩 바꾸는 것이 관절에 안전합니다.

프레임 사이즈는 제조사마다 측정 기준이 달라 같은 '54'라도 실제 크기가 다를 수 있습니다. 로드는 인심 × 0.665(cm), MTB는 인심(cm) × 0.226(인치)이라는 전통적인 환산식을 함께 보여 주지만, 요즘은 시트튜브 길이보다 스택(stack)과 리치(reach)로 비교하는 것이 정확합니다. 두 사이즈 사이에 걸친다면 유연성이 좋고 공격적인 자세를 원하면 작은 쪽, 편안함을 원하면 큰 쪽을 고르는 것이 일반적이며, 매장에서 직접 타 보는 것이 가장 확실합니다.

체인 길이 & 교체 시점 계산기

새 체인은 대부분 112~126링크로 길게 나오기 때문에 자전거에 맞게 잘라서 써야 합니다. 체인이 너무 짧으면 큰 체인링과 큰 코그를 함께 걸었을 때 뒷변속기가 당겨져 행어나 프레임이 손상될 수 있고, 너무 길면 작은 기어 조합에서 체인이 처져 튀거나 빠집니다. 또한 체인은 쓰면 쓸수록 핀과 롤러가 닳아 길이가 늘어나는데, 이 '늘어남'을 제때 잡아내는 것이 카세트와 체인링을 오래 쓰는 비결입니다.

체인 길이 공식

L(인치) = 2 × C + F ÷ 4 + R ÷ 4 + 1

C는 체인스테이 길이(인치), F는 가장 큰 체인링 톱니 수, R은 가장 큰 코그 톱니 수입니다. 체인의 피치(핀과 핀 사이 거리)는 1/2인치이므로 톱니 하나를 감는 데 체인 1/2인치가 필요합니다. 체인은 체인링과 코그를 각각 대략 절반씩 감싸므로, 감기는 길이는 (톱니 수 ÷ 2) × 1/2인치, 즉 톱니 수 ÷ 4인치가 됩니다. 앞뒤를 잇는 위·아래 두 줄이 체인스테이 길이의 두 배이고, 마지막 1인치는 뒷변속기 풀리를 감는 여유분입니다. 결과는 1인치(=2링크) 단위로 올림해 짝수 링크로 만듭니다. 체인은 안쪽 링크와 바깥쪽 링크가 번갈아 이어지므로 일반 체인 커넥터를 쓰려면 링크 수가 짝수여야 하기 때문입니다.

이 공식은 Park Tool 등 정비 업계에서 널리 쓰는 방법으로, 일반적인 2× 로드·그래블 구동계에서는 실제 '큰 기어끼리 걸고 2링크 추가' 방식과 거의 같은 결과를 냅니다. 다만 10-51T나 10-52T처럼 아주 큰 코그를 쓰는 최신 1× MTB 구동계, 풀 서스펜션 프레임(서스펜션이 눌리면 체인스테이가 실질적으로 길어짐)은 제조사의 전용 방법을 따라야 합니다. 예를 들어 SRAM Eagle은 큰 체인링과 가장 큰 코그에 체인을 걸고(변속기를 거치지 않고) 겹치는 지점에서 일정 링크를 더하는 방식을 안내합니다. 항상 제조사 설명서를 최종 기준으로 삼으세요.

교체 시점: 0.5%와 0.75%

체인이 '늘어난다'는 것은 금속이 늘어나는 것이 아니라 핀과 부싱이 마모되며 링크 사이 유격이 쌓이는 현상입니다. 늘어난 체인은 톱니 사이에 정확히 앉지 못하고 톱니를 갉아 먹기 시작합니다. 일반적으로 11단 이상 구동계는 0.5%, 10단 이하는 0.75% 늘어났을 때 체인을 교체하라고 권장합니다. 이 시점에 체인만 바꾸면 카세트와 체인링은 체인 두세 개를 갈아 쓸 동안 버틸 수 있습니다. 반면 1% 가까이 방치하면 톱니까지 마모돼 새 체인을 끼워도 페달을 세게 밟을 때 체인이 미끄러지는 '스킵' 현상이 생기고, 카세트까지 함께 교체해야 합니다. 주행 거리로는 관리 상태에 따라 3,000~8,000km 정도가 보통이지만, 비 오는 날과 흙길을 자주 달린다면 훨씬 빨리 닳으므로 1,000km마다 체인 체커로 확인하는 습관을 들이세요.

"나에게 맞는 자전거" 퀵 퀴즈

자전거 매장에 가면 로드, 그래블, 하이브리드, MTB, 접이식, 전기자전거가 나란히 서 있습니다. 어느 것이 좋은지보다 중요한 질문은 "나는 어디서, 무엇을 위해, 얼마나 탈 것인가"입니다. 다섯 가지 질문에 답하면 생활 방식에 가장 잘 맞는 자전거 종류를 추천해 드립니다. 각 종류의 자세한 특징은 02장 자전거의 종류에서 확인할 수 있습니다.

단위 변환 & 평속 → 거리 예측

자전거 세계는 단위가 뒤죽박죽입니다. 타이어 공기압은 미국식 psi와 유럽식 bar가 섞여 있고, 바퀴는 인치(29인치)와 밀리미터(700c, ETRTO 622) 표기가 공존하며, 해외 라이딩 앱과 대회 기록은 마일로 표시되는 일이 많습니다. 아래 변환기는 어느 칸에 숫자를 넣어도 반대쪽이 즉시 바뀝니다. 참고로 1bar는 약 14.5psi, 1인치는 정확히 25.4mm, 1마일은 1.609km입니다.

거리 예측에서 가장 흔한 실수는 사이클 컴퓨터의 '평균 속도'를 출발부터 도착까지의 전체 시간에 그대로 적용하는 것입니다. 대부분의 기기는 멈춰 있는 시간을 빼고 움직인 시간만으로 평속을 계산합니다. 그래서 평속 25km/h로 100km를 달렸다고 4시간 만에 도착하는 것은 아닙니다. 편의점 보급, 신호 대기, 사진 촬영을 합치면 총 소요 시간은 쉽게 20~30% 늘어납니다. 장거리 계획을 세울 때는 휴식 비율을 넉넉히 잡고, 해가 지는 시각과 마지막 보급 지점을 함께 확인하세요. 평소 평속보다 10~15% 느리게 잡는 것도 안전한 계획의 요령입니다. 긴 코스는 후반으로 갈수록 피로와 바람의 영향이 커지기 때문입니다.

자주 묻는 질문