19/11/02
Il perché il ciclista non cade quando pedala in rettilineo, è spiegato nei quaderni 1 e 2 (perché la bici sta in piedi - perché la bici va diritta anche senza mani), e in questo quaderno cercheremo di vedere perché non cade quando è in curva.
Inizio col parlare della forza di gravità, questa forza che ci attrae verso il centro della terra; poco si sa di questa forza, ma tutti conosciamo i suoi effetti su di noi poveri mortali, soprattutto quando dobbiamo salire le scale, o arrampicarci su una bella montagna, oppure quando siamo vittima di qualche ruzzolone.
Possiamo dire che questa forza invisibile vorrebbe sempre tenerci stesi per terra e lo vorrebbe anche quando andiamo in bici; nelle curve poi questa forza trova la sua massima esplicazione (come vedremo più avanti), perché tende a farci perdere l'equilibrio.
A proposito di equilibrio, si dice che un corpo è in equilibrio quando la linea immaginaria che dal suo baricentro va verso il centro della terra, passa entro la sua base di appoggio; questa base può essere considerata "larga" nel caso dei quadrupedi, i bipedi (come noi) ne hanno una un po' più ristretta, e la bici ne ha una strettissima, pari alla larghezza delle gomme.
Giusto per qualcuno che lo ha dimenticato, spendo due righe per spiegare cosa è questo BARICENTRO ( non è il centro di Bari!).
Il baricentro B di un corpo qualsiasi è il punto ove si considerano concentrate tutte le forze che agiscono sul corpo stesso, verso il centro della terra; per l'uomo + bici tale punto si trova all'incirca nella zona del ventre.
L'equilibrio di un corpo è distinto in stabile ed instabile; un corpo si trova in equilibrio stabile quando il suo baricentro si trova sotto la base di appoggio; esempio classico sono le cabine delle funivie e simili.
Un corpo è invece in equilibrio instabile quando il suo baricentro si trova al di sopra della sua base di appoggio; noi siamo in equilibrio instabile (mi riferisco solo al baricentro.....) ed il ciclista sulla bici è in una situazione ancora più instabile, soprattutto in curva; però non cade (quasi mai) nonostante le forza di gravità.
Un'altra forza che entra in gioco nella curva è la forza centrifuga (FC); cosa sia questa forza lo dice il nome stesso; è la forza che tenta di far allontanare il corpo che segue una curva dal centro della curva stessa; se il corpo non parte per la tangente (non è solo un modo di dire) vuol dire che un'altra forza lo trattiene al suo posto, è la forza centripeta.(FCp).
Il valore della FC si calcola con la seguente formula:
Forza Centrifuga = M * V*V/r dove:
dove:
M è la massa del corpo pari al Peso / l'accelerazione di gravità G
G = 9,81m/s, valore medio
V è la velocità del corpo (in metri al secondo = m/s
r è il raggio della curva.
Esempio:
Un corpo (uomo + bici) di 80 Kg che percorre una curva di raggio 50m, a 36 Km/h (10metri/sec.) è soggetto ad una forza centrifuga di:
FC =(80/9,81) *10ms*10ms/50 = 16,30 Kg
Quindi, il ciclista, sempre comunque soggetto alla forza peso (P), viene assoggettato anche alla forza centrifuga (FC) non appena accenna a curvare, è una legge fisica alla quale nessuno si può sottrarre, il P tende a schiacciarlo verso terra, e la FC tende a mandarlo fuori percorso, ma in pratica è proprio questa forza che non lo farà cadere. Vedremo qui di seguito cosa succede in pratica al ciclista bistrattato dalle due forze.
Bisogna ora parlare della composizione delle forze.
Come esempio ricorro ai buoi; se due buoi tirano il carro nella stessa direzione le due forze si sommano; se lo tirano ognuno nel senso opposto all'altro con la stessa intensità il carro sta fermo (fino a che non si spacca); se uno lo tira verso Nord e uno verso Est il carro va verso NordEst ecc. ecc.
Il disegno che segue mostra alcuni tipi di composizione di forze.
Le forze risultanti R dipendono dall'entità delle due forze primarie e dall'angolo formato tra le loro dalle linee di azione delle forze stesse.
Nella curva capita lo stesso fatto, cioè la composizione delle due forze P ed FC, il ciclista non va ne sottoterra (causa la P) ne va fuori strada (causa la FC) ma si inclina a seconda della risultante delle due forze; come già detto, vedremo come la FC salverà il ciclista dalla caduta verso l'interno della curva.
Il disegno qui sopra simula un ciclista che sta curvando a sinistra.
La situazione del sistema appena si accenna a curvare è stata illustrata in precedenti quaderni (n. 1 e n. 13); nel la posizione di curva la linea di base di appoggio non passa più sotto il telaio, ma sul lato verso il quale è piegato il manubrio, ciò vuole dire che il ciclista si trova quasi "nel vuoto" e tenderebbe a cadere verso l'interno della curva, ma proprio nello stesso istante "nasce" la forza centrifuga FC che "spinge" il ciclista, fuori dalla curva; con la sua sensibilità, il ciclista, automaticamente, regola velocità e l'angolo dello sterzo per non cadere; in pratica agisce inconsciamente affinché la forza R cada sempre entro la stretta base di appoggio delle due ruote.
Le due forze "ro" rappresentano, in termini tecnici, la "reazione degli appoggi", cioè sono quelle forze che "tengono", sono l'attrito delle due gomme sul terreno; se in presenza di acqua, ghiaia ecc., viene a mancare l' attrito o si scolla il tubolare, o si affloscia la gomma, le "ro" diminuiscono o si annullano e la forza R fa scivolare il ciclista verso l'esterno della curva e quindi c'è la "derapata" o la caduta.
Il disegno che segue illustra schematicamente, col metodo della composizione delle forze, la situazione descritta sopra mettendo in evidenza cosa avviene se variano le due forze P ed FC.
Prendiamo in esame uno dei due diagrammi UNO come rappresentazione del diagramma delle forze di un certo ciclista in una certa curva fatta ad una certa velocità, consideriamo che la R viene a cadere nel punto giusto.
Se quello stesso ciclista per un suo motivo sposta il suo corpo verso l'esterno della curva, (situazione DUE) inconsciamente sposta il baricentro B del sistema nello stesso senso( da B1 a B2); affinché la R vada a cadere ancora nel posto giusto (R2), essendo P costante, bisogna che diminuisca la FC, quindi il ciclista, inconsciamente, deve diminuire la velocità.
Conclusione prima, se si sta troppo diritti o peggio spostati col corpo verso l'esterno della curva (c'è anche una innata paura che ci può far fare questa manovra) si effettua la curva a velocità inferiore che non.........
Se invece lo stesso ciclista della situazione UNO si "butta" all'interno della curva, alla Valentino Rossi (situazione TRE ) il baricentro B si sposta nello stesso senso (da B1 a B3 ), il P rimane costante e sempre affinché R vada a cadere al suo posto, deve aumentare FC e quindi, automaticamente il ciclista aumenta la velocità. Anche abbassandosi sul manubrio si sposta il B verso l'interno della curva e si ottiene il medesimo risultato di cui sopra.
Conclusione seconda; piegandosi verso l'interno della curva, la si può percorre a velocità superiore, anche se, è bene dirlo, bisognerà agire con più forza sul manubrio perché aumenta anche la forza ro che si oppone, anche, alla sterzata (vedere anche la figura del ciclista in curva del quaderno 13).
Devo confessare che tutto quanto ho scritto e disegnato nei due quaderni 13 e 14, ne sono convinto, non apportano grandi novità alle conoscenze del ciclista medio, me compreso (nessuno si senta offeso, parlo statisticamente), però, come ho scritto nell'Introduzione (quaderno n. 0), tante cosette, tanti problemi, li ho studiati e descritti per me stesso e penso, anche qui sono convinto, che una "visione" del magnifico funzionamento di questa semplice "macchina" non fa male a nessuno.
Almeno tre fatti ho messo in evidenza:
-il primo (quaderno 4 - perché la bici non curva se...) è che se si inizia la curva con la ruota posteriore frenata, si curva male o non si curva affatto.
-il secondo è che se si sta col corpo spostato verso l'interno della curva, si curva a velocità maggiore o per lo meno la bici sta più "in piedi" (lo sterzo è più duro) e c'è minor pericolo di scivolate.
-il terzo è l'opposto del secondo, un certo timore fa stare il ciclista spostato verso l'esterno della curva, il manubrio è più docile, ma la bici è più sdraiata con tutte le conseguenze.
( Lino Succhi )