Un corso tecnico richiede buone capacità in curva. Ma, secondo la fisica, fino a che punto puoi inclinare la tua bici prima di colpire il ponte?
Gli scienziati si sono scervellati su ciò che rende l'equilibrio di una bicicletta sin dai tempi del tuo vecchio penny farthing. Molti esperti hanno suggerito che quei cerchi rotanti fanno comportare la bicicletta come un giroscopio, ma non è così semplice. Un gruppo di ingegneri dell'Università di Nottingham ha identificato 25 variabili separate che influenzano il movimento di una bicicletta, citando che una semplice spiegazione non sembra possibile perché l'inclinazione e la sterzata sono accoppiate da una combinazione di effetti, tra cui la precessione giroscopica, le forze di reazione al suolo laterali alla ruota anteriore, punto di contatto con il suolo che si trascina dietro l'asse dello sterzo, gravità e reazioni inerziali…'
Quello che si sa è che finché una bicicletta si muove a una velocità di circa 14 kmh (9mph), può rimanere in piedi senza la presenza di un ciclista. Ma ancora una volta, gli scienziati non possono spiegare perché.
Su questo sfondo, aggiungi la dimensione aggiuntiva di una curva e calcolare l'angolo che puoi inclinare in curva prima di colpire l'asf alto è chiaramente una faccenda complessa. Nelle giuste condizioni è possibile vedere angoli di 45°, ma come si arriva a quel punto?
"Sappiamo che ci sono tre forze reali che agiscono sulla bici e sul ciclista", afferma Rhett Allain, appassionato ciclista e professore associato di fisica presso la Southeastern Louisiana University negli Stati Uniti.
'C'è la forza gravitazionale che spinge la bici e il ciclista verso il basso; c'è la strada che spinge verso l' alto, che chiamiamo forza "normale", e c'è una forza di attrito che spinge la bici verso il centro del percorso circolare in cui si sta muovendo.'
La forza falsa
C'è anche la forza centrifuga."Questo ha un impatto, ma è una forza falsa", afferma Allain. Molti fisici sostengono che la forza centrifuga non esiste ed è semplicemente una mancanza di forza centripeta, una forza di trazione verso l'interno che assicura che la bicicletta si muova in un cerchio simile alla gravità che tira verso l'interno su un satellite per mantenerla in orbita.
Si calcola tramite l'equazione F=mv2/r, dove F è la forza centripeta (Newton), m è la massa della bici e del ciclista (kg), v è velocità (m/s) e r è il raggio dell'angolo in metri.
"La fisica di una svolta è che lo fai accelerando radialmente verso l'interno, che dipende dalla forza centripeta", afferma David Wilson, professore emerito di ingegneria al Massachusetts Institute of Technology.
'La forza deve venire dalle gomme. La bici deve inclinarsi in modo che la combinazione della reazione del pneumatico e della forza radiale sia in linea con la forza risultante della bici più il pilota.'
Anche la chiave per quanto puoi inclinarti è il coefficiente di attrito, che è il rapporto tra la forza di attrito tra due corpi e la forza applicata su di essi, in questo caso il pneumatico e l'asf alto.
La maggior parte dei materiali asciutti ha valori di attrito compresi tra 0,3 e 0,6, mentre la gomma a contatto con l'asf alto può produrre una cifra compresa tra uno e due. Quando le superfici si muovono l'una rispetto all' altra, come per il ciclismo, questa cifra diminuisce leggermente.
Affinché la bici rimanga in posizione verticale, la forza laterale (centripeta) deve essere uguale al coefficiente di attrito e questa cifra può essere sorprendentemente grande. Ad esempio, un ciclista di 70 kg su una bicicletta da 10 kg che sfreccia a 20 mph su una curva con un raggio di 20 m subisce una forza centripeta di 316 Newton.
Questa forza deve essere generata dagli pneumatici e, se la forza non esistesse, la bici e il pilota continuerebbero semplicemente in linea retta.
Utilizzando alcuni calcoli trigonometrici impressionanti che riempirebbero un intero libro, il coefficiente di attrito è uguale alla funzione tangente dell'angolo di piega massimo.
"La ruota scivolerà quando viene superato il coefficiente di attrito", afferma Marco Arkesteijn, docente di scienze dello sport all'Aberystwyth University. "Ciò può essere dovuto all'aumento della forza di attrito [dovuto ad esempio al serraggio della linea attraverso un angolo] o alla normale diminuzione della forza [a causa, ad esempio, di una depressione nella strada]."
Il coefficiente di attrito può anche cambiare a causa di una variazione della superficie. Ecco perché curvare su una linea bianca può essere pericoloso. "Questo è particolarmente vero sul bagnato", afferma Arkesteijn. 'La vernice è meno porosa, quindi l'acqua non si disperde.'
Peso pilota
A complicare ulteriormente le cose c'è la questione del peso del pilota. "Per quanto riguarda la fisica, i ragazzi più piccoli dovrebbero essere in grado di inclinarsi di più", afferma Arkesteijn. 'Di solito sono anche più agili, il che aiuta.'
Allain non è così definito, suggerendo che mentre il peso del ciclista conta un "poco", di maggiore importanza è il centro di massa del ciclista più la bici.
"In definitiva, questo è il fattore più importante", dice. I ciclisti più pesanti tendono ad essere più alti, specialmente nel gruppo professionistico, il che significa che le loro dimensioni del telaio sono più grandi e il loro centro di massa è più alto. Devi anche tenere conto delle condizioni della strada. Se sei al limite, un dosso sulla strada può causare una perdita di trazione e una caduta.
Le strade del Regno Unito a volte sono più aderenti di quelle dei nostri cugini dell'Europa continentale perché sono più porose per assorbire la pioggia e prevenire una superficie scivolosa. Ecco perché le nostre strade sono più accidentate. Ma sono spesso più accidentati e in condizioni peggiori a causa dei danni causati dal gelo, quindi perché andare in bicicletta e guidare in Francia è un vero piacere quando è asciutto.
Dopo tutto ciò, qual è l'angolo di piega massimo? Per il professore di meccanica e ingegneria Jim Papadopoulos, non si può rispondere fino a quando non si aggiunge un ultimo fattore: trail.
Questa è una linea immaginaria proiettata a terra lungo il tubo di sterzo. Se questo punto è davanti al punto di contatto della ruota con il suolo, è considerato "positivo" ed è più stabile. Dietro e la bici ha maggiori probabilità di rib altarsi. Il sentiero si riduce più ti sporgi.
'I ciclisti tendono a rimanere nella regione del sentiero positivo e non superano i 45° di inclinazione', dice. “Di solito è inferiore, anche se quando la virata è maggiore di 5 m di raggio, puoi raggiungere i 45°. Questo perché il trail diventa meno problematico, quindi torniamo al problema della trazione.'
Quindi 45° sono possibili in una virata veloce, ampia e ben asf altata, ma con così tante variabili in gioco, sfortunatamente non c'è una risposta definitiva. Fino a che punto puoi appoggiarti è un caso di tentativi e (si spera non troppo dolorosi) errori.
