Abbiamo già descritto dettagliatamente, in due precedenti articoli, le curve caratteristiche del “motore” della bicicletta (ovvero il ciclista). I grafici che ne rappresentano il funzionamento sono nati dall’unione delle conoscenze e competenze di due differenti discipline complementari: la medicina sportiva e l’ingegneria meccanica. La seconda è la mia materia e mi sembra giusto sottolineare che, senza l’apporto degli studi e delle pubblicazioni di medici sportivi e laureati in scienze motorie (che ho studiato e da cui ho attinto a piene mani), non avrei mai potuto avere quella che è la base medico-scientifica su cui ho potuto sviluppare i miei studi. Allo stesso tempo, le competenze in ingegneria meccanica consentono di interpretare e sintetizzare quello che è un quadro ampio e variegato, dato da analisi sperimentali e test su atleti, rappresentandolo attraverso un “semplice” grafico (le curve caratteristiche) che trae origine dalle leggi fisiche da cui discendono TUTTI i fenomeni osservati nei test medico-sportivi.
IMPORTANTE: parleremo, in questo come già nei precedenti articoli, di intensità dello sforzo durante la pedalata. Leggendo i risultati dei vari test medico-sportivi, ho letto che si attribuisce a questa “intensità” un valore a seconda della percezione di maggiore o minore fatica che sente il ciclista. Tutto giusto, ma va sottolineato che questa intensità è in realtà quantificabile, con estrema precisione scientifica, dall’analisi delle curve di funzionamento del solito “motore-biker”. In pratica, quest’intensità è determinata da ben precise leggi fisiche, e il valutarne il valore tramite la percezione che ne ha l’atleta porta a una stima inevitabilmente approssimata, laddove invece tramite le leggi della meccanica si arriva a determinare il valore ESATTO. Mi è sembrato opportuno sottolinearvi questo fatto, perché altrimenti si rischia di far passare per vaghi e opinabili dei concetti che sono fisico-meccanici, e non “psicologici”, e hanno una loro estrema precisione.
Mi rendo inoltre conto che, per quanto negli articoli precedenti abbia cercato di semplificare al massimo la descrizione fisico-meccanica dei fenomeni in gioco, la comprensione non è affatto banale. In questo nuovo articolo, pertanto, eviterò di “infliggervi” spiegazioni scientifiche, ma mi divertirò un po’ con voi a “dare i numeri” (!!!..).
Ciò che infatti, secondo me, manca nei tantissimi articoli e recensioni oggi disponibili (oltre alle classiche riviste cartacee, la rete è piena di siti che propongono i loro articoli), è l’accompagnare le varie considerazioni con delle cifre che quantifichino ciò di cui si parla. A che serve dire “questo telaio è più rigido e disperde meno energia”, se non mi dici a quanto ammonta questa energia persa? Cosa vuol dire “questa bici è più reattiva”, se non mi riporti di quanto differisce la forza che devo applicare al manubrio per ottenere la stessa sterzata, quanto incida sul cambio di direzione lo spostare il baricentro del corpo del biker, e quale incidenza percentuale abbiano tutte le azioni connesse anche a un semplice scarto di un ostacolo in velocità? Che senso ha enfatizzare il maggior angolo di sterzo di una forcella, limitandosi a dire che “è più cattiva”, se non mi metti in fila, meticolosamente, tutte le forze in gioco e le azioni cinematiche, illustrando con numeri precisi cosa provocano su bici+biker al variare dell’angolazione?
Questo è il motivo per cui, a partire da questo articolo, ci divertiremo (spero!) a… “dare i numeri”!!
Cominciamo con una situazione che abbiamo sperimentato un po’ tutti: abituati ad uscire con gli amici in sella alla nostra “bici buona”, un giorno ci capita di dover utilizzare il muletto che, nonostante pesi “solo” 3kg in più dell’altra, in salita ci fa arrancare manco avesse i tubi del telaio in ferro pieno, minando maledettamente la nostra autostima da campioni del mondo mancati! Vediamo perché (se i calcoli vi provocano emicrania, passateci sopra rapidamente, perché alla fine dell’articolo troverete delle formulette elementari che sciolgono il mistero di tale ingloriosa disfatta):
Se bici+biker pesano circa 80kg, 3kg in più costituiscono un incremento del 3,75%. Accade tuttavia che, poiché in salita si pedala andando a cercare la condizione di massimo rendimento (quella in cui, a parità di calorie bruciate, si ottiene la massima energia utile possibile, guidati dall’istinto che ci porta a cercare di limitare la sofferenza nell’arrancare su diaboliche rampe), si va a pedalare in una zona della curva della potenza (vista e descritta nel grafico di un precedente articolo) molto ripida. Ora, vi risparmio la disamina fisica di questo fatto (anche perché l’abbiamo già vista in precedenza), ma vi basti sapere che la nostra velocità (usando lo stesso rapporto della bici “buona” e mantenendo la stessa intensità di sforzo) diminuirà del 10,5% (pertanto, oltre il 10%, nonostante l’aumento di peso sia stato solo del 3,75%).
In questi casi, sappiamo tutti come va a finire: abituati a pedalare tenendo testa ai propri compagni di uscite, questa volta invece ce li vediamo passare a fianco, più agili di noi. Magari ci supera anche il tizio antipatico, quello con cui esci solo perché è amico di un amico, che se fosse per te invece non ci condivideresti nemmeno trenta secondi di fila alla cassa del supermercato, e allora… beh, e allora si spinge sui pedali, con lo stesso identico rapporto con cui si faceva quella rampa con la bici “buona” e cercando di mantenere la stessa velocità, che non sia mai che mi faccia superare da quello lì e… sbang!, dopo pochi metri quella rampa al 12% diventa un muro che ti spinge all’indietro, e le gambe acquistano l’agilità di quelle di Pinocchio, implorando pietà tramite ettolitri di acido lattico che le riducono a dei pezzi di legno. Ci si chiede cosa sia successo, e il primo pensiero è che siamo in “giornata no”, perché non è possibile che, per soli 3kg di differenza su ben 80kg di bici+biker, si pedali come se ci si fosse aggrappato dietro un cervo (con tutti i rischi extraciclistici che questo comporterebbe…). Per risollevare la nostra autostima, per fortuna, ci vengono in aiuto ancora una volta le curve caratteristiche del nostro “motore”. E queste curve ci dicono che, ad un aumento di peso pari al 3,75% corrisponde, se si cerca di pedalare alla stessa velocità, un aumento dell’intensità dello sforzo pari al 5,6% (evito di spiegarvi come si determini questo valore, per non sfiancarvi peggio di una salita al 25%…). Capite bene che, se ad esempio stavamo percorrendo la nostra salita con un’intensità del 70% (tutti noi, da quando si comincia ad andare in bici, quantifichiamo lo sforzo che stiamo compiendo sui pedali rapportandolo a quello massimo che sentiamo essere nelle nostre possibilità), il 5,6% di 70 è pari al 3,9%, il che vuol dire che l’intensità con cui pedaliamo sale al 73,9%. Pertanto se, pedalando con un’intensità del 70%, avevamo valutato di riuscire a superare il nostro chilometraccio di salita al 12%, pedalando al 74% potremmo rischiare di finire ingloriosamente inchiodati prima della fine della rampa.
Quale sarà quindi la soluzione per riuscire a godersi l’uscita in mtb anche in sella al muletto? Semplicemente, si dovrà metter da parte il nostro orgoglio di arrampicatori provetti, rassegnarsi ad andare un po’ più piano e… metter mano alla leva del cambio, ingranando al posto del 28 il pignone 32, che sulla bici “buona” teniamo orgogliosamente immacolato per quanto poco lo usiamo (e son soddisfazioni…).
Quali saranno le conseguenze della nostra “cambiata”? Innanzitutto quella di evitarci di fare la salita a piedi, e poi quella di limitare la nostra perdita di velocità a un valore percentuale di poco superiore al 4% (quindi solo leggermente superiore all’incremento di peso, pari al 3,75%).
Il fatto che il valore del rallentamento si discosti (seppur di poco) dal 3,75%, è dovuto al fatto che i rapporti di una mtb (a differenza di quelli di una bici da corsa, molto più ravvicinati) non consentono cambi di marcia con alleggerimenti (o appesantimenti) così piccoli (di norma, sulle mountain bike il passaggio da una marcia all’altra comporta una variazione della forza da applicare sui pedali compresa tra il 10 e il 15%). Da ciò consegue che sia impossibile pedalare su una mtb tenendosi sempre nelle condizioni di massimo rendimento, ma la perdita di potenza utile causata da questo scostamento è comunque limitata a valori di circa l’1-1,5% (a patto di usare bene il cambio).
E ADESSO… DIAMO I NUMERI:
A questo punto, vediamo di ricavarci delle regole generali, così da consentire a tutti di calcolare queste variazioni per ciascun punto percentuale di differenza del peso di bici+biker. Questo significa che, per un biker che ad esempio pesi 60kg e abbia una bici da 10kg, essendo il peso di bici+biker pari a 70kg, un aumento percentuale dell’1% corrisponderà a 0,7kg.
Consideriamo innanzitutto il caso in cui si stia pedalando in salita (su pendenze superiori al 7-8%). Passando da una bici a un’altra più pesante, noi possiamo comportarci nei tre modi diversi visti sopra. Vediamo le tre semplici formule numeriche per calcolare le conseguenze:
– Primo caso: pedalando con la stessa intensità (cui corrisponde la stessa sensazione di fatica), e mantenendo lo stesso rapporto di trasmissione sulle due bici, la velocità diminuirà di un valore pari alla differenza percentuale di peso moltiplicata per il coefficiente 2,8 (Prendiamo ad esempio un biker di 70kg con una bici da 10kg: se la “rimpiazza” con una bici da 12kg il peso di bici+biker passa da 80 a 82kg, con una variazione percentuale del peso pari al 2,5%; moltiplicando quindi 2,5*2,8, otterremo la variazione percentuale della velocità, pari al 7%)
– Secondo caso: se decidiamo di pedalare alla stessa velocità della bici più leggera, dovremo aumentare l’intensità dello sforzo. Per ottenere di quanto dovremo aumentare percentualmente l’intensità, si deve moltiplicare l’aumento percentuale di peso per il coefficiente 1,5 (ad esempio, per una differenza percentuale del peso di bici+biker pari al 4%, avremo che l’intensità con cui pedaleremo dovrà aumentare di una percentuale pari a 4*1,5, ovvero del 6%)
– Terzo caso: se invece decidiamo di cambiare rapporto, la nostra velocità diminuirà di un valore pari alla differenza percentuale di peso moltiplicata per il coefficiente 1,2 (quindi, per una differenza di peso pari ad esempio al 3%, la velocità diminuirà di 3%*1,2= 3,6%)
– E nel caso stessimo pedalando in piano? In questo caso, per velocità tra 25-30km/h, il peso incide per il 45-55% sulla resistenza complessiva che dobbiamo superare per far muovere la bici (l’altra componente è quella aerodinamica, che chiaramente è invece quasi inesistente alle basse velocità cui si pedala in salita). Ciò significherà che, nel caso stiamo pedalando “di forza” (ovvero spingendo un “rapportone”, situazione nella quale, analogamente a quanto avviene in salita, si pedala a frequenze basse perché si va a cercare la situazione di massimo rendimento per ottenere la massima prestazione), per fare i nostri calcoli, dimezzeremo il valore della variazione percentuale di peso. Ad esempio per una variazione di peso del 4%, noi considereremo la sua metà, ovvero il 2%, e con questo valore andremo a fare i nostri calcoli nelle tre formule viste sopra.
– Se invece, sempre in piano, si pedala in agilità, ci troviamo nella situazione descritta in un precedente articolo dedicato proprio al pedalare in piano, e in questo caso le cose sono molto più semplici. Infatti, la velocità diminuirà sempre, percentualmente, della metà dell’aumento percentuale del peso (se il peso aumenta del 5%, la velocità diminuirà del 2,5%), e questo indipendentemente dal fatto che si cambi o meno rapporto. Allo stesso modo, nel caso si voglia pedalare alla stessa velocità nonostante si usi una bici più pesante, anche l’aumento percentuale di intensità sarà pari alla metà dell’aumento percentuale di peso (se la diffferenza di peso di bici+biker è ad esempio del 3%, l’intensità dello sforzo dovrà aumentare dell’1,5%).
Suggerimento quasi banale: è opportuno adattare i rapporti della propria bici al suo peso. Se io, che peso 70kg, decido di usare per fare la stessa salita il muletto da 14kg al posto della mtb da 10kg, il peso di bici+biker passerà da 80 a 84kg, con un aumento percentuale del 5%. Se sulla bici più leggera utilizzo come pignoni più grandi il 28 e il 32, sul muletto sarà opportuno montare il 30 e il 34 (sarebbero meglio il 29 e il 33, ma sul mercato queste dentature non sono disponibili nei pacchi pignoni per le mtb). In questo modo, si riuscirebbe a gestire al meglio le proprie forze e, qualora uno decidesse di pedalare col muletto alla stessa velocità della bici buona, l’incremento di intensità del proprio sforzo aumenterebbe di un valore circa uguale, con ottima approssimazione, all’aumento percentuale di peso (pari in quest’esempio al 5%). Un incremento di intensità di quest’entità potrebbe essere sopportabile (ciascuno conosce la propria “gamba” e fa le sue valutazioni), mentre invece, tenendo i pignoni 28-32 anche sul muletto, saremmo costretti (per quanto visto nel “secondo caso” descritto sopra) a un aumento di intensità pari a una volta e mezzo l’aumento di peso, ovvero pari al 7,5% (che potrebbe essere troppo penalizzante anche per un’ottima “gamba”).
Bene, direi che con quest’analisi abbiamo mostrato, con cifre esatte, qual è la differenza di prestazioni in salita tra l’avere una bici da 10kg con telaio in fibra di carbonio e costo superiore ai 2.500 euro, e l’avere una mtb più pesante, ad esempio da 13kg come quelle che si acquistano da Decathlon per 5-600 euro. In questo modo, ciascuno può scegliere che bici acquistare sulla base di dati numerici ben precisi, che penso siano più utili di valutazioni come: “con questa bici voli”, “quella è un cancello”, “con quella mtb potrai fare cose che adesso ti sogni”, e tutto il resto del campionario di “illuminanti” consigli…
Nei prossimi articoli affronteremo nuovi argomenti. Analizzeremo quanto è effettivamente l’energia dissipata nei telai in acciaio, alluminio e fibra di carbonio, a causa della loro maggiore o minore “rigidezza” (argomento che ha dato origine a improbabili miti o, se preferite, strafalcioni). Vedremo poi cosa comporta, in termini di guidabilità e di risposta agli urti, la variazione dell’angolo di sterzo, ovvero di inclinazione della forcella. Descriveremo inoltre le differenze tra le ruote da 26″ e 29″ quando si trovano ad affrontare situazioni nelle quali il loro comportamento è più o meno differente. Ma prima di questi e tanti altri argomenti tecnici inerenti il mondo delle mountain bike, faremo un confronto tra le geometrie delle mtb attuali e di quelle di qualche anno fa, scoprendo che… lo vedremo nella prossima puntata! Il tutto, chiaramente, sempre “dando i numeri” (!!!..)
Ci risentiamo presto
Stefano Tuveri
(ingegnere e progettista/collaudatore meccanico)
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