Effetto shimmy

  L’altro giorno durante il collaudo della mia nuova spider ho avuto il dispiacere di provare quello che,   mi é stato poi detto, si chiama effetto SHIMMY. Togliendo per un attimo  le mani dal manubrio quest’ultimo ha cominciato a oscillare vistosamente a destra e sinistra… fortunatamente non c’era traffico in quel momento e la strada era dritta e quindi non ho avuto difficolta a riprendere il controllo del mezzo. Non vi dico la delusione…telaio nuovo bici nuova e non posso staccare le mani dal manubrio senza che la situazione diventi pericolosa… Sono subito andato dal mio fornitore con la mia ruota anteriore per farla verificare e quest’ultimo mi ha solo detto che la ruota era a posto e che avevo sperimentato l’effetto shimmy consigliandomi di verificare il montaggio della serie sterzo che naturalmente si dimostrò  un tantino lasco. Incuriosito mi sono subito messo  alla ricerca su internet ed ho trovato quest’articolo che tratta  proprio del fenomeno. L’articolo é stato scritto da Piergiorgio Sbrissa e pubblicato su: www.bdc-mag.com   A qualcuno sarà capitato e probabilmente se lo ricorda con orrore, altri ne hanno sentito parlare o lo hanno solo visto: la bicicletta ad una certa velocità comincia ad oscillare vistosamente, in particolare manubrio e ruota anteriore, fino quasi a perdere il controllo o perderlo proprio con conseguente caduta (abbastanza raro per fortuna).   Questo fenomeno spesso viene chiamato “risonanza” o shimmy. In realtà le cose vanno un po’ distinte. In inglese si chiama propriamente wobble l’oscillazione della parte anteriore (ruota, forcella, manubrio) attorno allo sterzo ad una certa velocità. Per le motociclette si conosce anche con buona approssimazione la frequenza a cui si innesca questo fenomeno: da 4Hz per le moto più pesanti fino ai 10Hz per quelle più leggere. In generale vale la regola che la frequenza di wobble cresce al crescere del trail ed al decrescere dell’inerzia dell’avantreno, ed è determinata (per le moto soprattutto) in gran parte dalla rigidità della carcassa del pneumatico anteriore e dalla flessibilità laterale della forcella. Nelle biciclette questo effetto è dovuto invece in gran parte alla combinazione di angolo di sterzo, rake forcella e momento di inerzia del tubo diagonale e di quello orizzontale. Questo effetto puo’ facilmente verificarsi a medio-bassa velocità togliendo le mani dal manubrio, lasciando come unici punti di contatto tra bici e ciclista la sella ed i pedali, togliendo la funzione ammortizzante di mani e braccia. Questo fenomeno ovviamente è molto temuto in discesa, soprattutto se inaspettato, dato che la prima reazione spontanea da parte del ciclista è quella di irrigidirsi e stringere più forte il manubrio. Questa reazione pero’ porta ad incrementare l’effetto invece che smorzarlo.   Più in dettaglio, ma senza entrare nelle descrizioni matematiche di questo effetto (che quasi sempre si combina con altri), lo shimmy avviene in discesa solo a certe velocità poiché è causato dagli effetti giroscopici (nutazione) della ruota anteriore che raggiunta una velocità critica somma la frequenza di nutazione a quella propria del sistema bici+ciclista amplificandola o sostenendola. Cosa difficilmente correggibile poiché dipendente per l’appunto dalla geometria ed elasticità del telaio. A parità di altri fattori, più lunghi sono i telai e più alta è la sella (baricentro alto) più è facile che si inneschi lo shimmy (telai grandi). Questo effetto infatti si puo’ comprendere meglio pensando al telaio ed al ciclista seduto come ad una molla ed una massa che oscilla. Uno dei modi per fermare l’oscillazione quando comincia a crescere in ampiezza (e diventare incontrollabile) è quello di alzarsi dalla sella (non mettendosi in piedi) o di serrare il tubo orizzontale tra le ginocchia. Oscillazione nociva che difatti raramente...

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Le salite e il rapporto PESO-POTENZA

 E’ lampante per tutti che per alzare di 1 m un masso da 100 kg devo faticare molto di più rispetto a un masso da 60 kg; devo infatti usare una forza maggiore da applicare al masso. Applichiamo lo stesso principio al ciclismo: voglio far salire il mio corpo (60 kg) e la mia bici (10 kg) e un sacco con 40 kg di pietre (totale 110 kg) di 100 metri di dislivello attraverso la meccanica dei pedali, motore della bicicletta. Impiegherò per compiere questo tragitto un certo intervallo di tempo. Ora proverò a ripercorre il solito tragitto senza il sacco da 40 kg sulle spalle (totale 70 kg). In quale delle due prove avrò impiegato meno tempo ? La risposta è banale e scontata: senza il sacco impiegherò molto meno. Questo semplicissimo esempio serve a far capire che portarsi dietro qualche kg in più in salita implica queste conseguenze: 1) A parità di potenza l’atleta più leggero va più veloce. 2) A parità di velocità serve una potenza maggiore all’atleta più pesante. Quantifichiamo adesso queste affermazioni: prendiamo come esempio 1 kilometro di salita al 5% da percorrere a 15 km/h, tempo costante 4 minuti. Nella tab. 1 possiamo confrontare le potenze necessarie ai diversi pesi per mantenere la velocità di 15 km/h in salita al 5%. tab. 1 Si può facilmente notare come a parità di velocità il dispendio energetico dei ciclisti più pesanti sia maggiore (vedi grafico).   Analizziamo ora a parità di potenza i riflessi sul tempo e sulla velocità. Fissiamo 250 Watt, la potenza di un cicloamatore medio, come valore per i nostri esempi. Vediamo i tempi al km, per le varie pendenze, per i vari pesi. tab. 2 Studiando attentamente la tab.2 possiamo osservare che, a parità di potenza (250 Watt), le differenze di prestazione in salita tra ciclisti di diverso peso diventano più nette con l’aumentare della pendenza infatti: – in pianura ogni 5 kg di peso perdiamo 0,21 secondi circa al km (0,04 sec ogni kg) – in salita al 3% ogni 5 kg di peso perdiamo 4,10 secondi al km (0,82 sec ogni kg) – in salita al 6% ogni 5 kg di peso perdiamo 10,48 secondi al km (2,1 sec ogni kg) – in salita al 9% ogni 5 kg di peso perdiamo 17,09 secondi al km (3,42 sec ogni kg) – in salita al 12% ogni 5 kg di peso perdiamo 23,41 secondi al km (4,68 sec ogni kg) – in salita al 15% ogni 5 kg di peso perdiamo 29,53 secondi al km (5,91 sec ogni kg) Riassumiamo nella tabella seguente quanto mediamente influisce il peso alle diverse pendenze. Prendiamo come riferimento prestazioni in 1 km di salita, con differenze di peso dell’ordine di 1 – 5 e 10 kg. tab. 3 Valutiamo sul campo queste differenze. In una salita come il Passo Giau, inserita nella Maratona delle Dolomiti, pendenza media del 9% e una lunghezza di 10 km, ogni kg in più significa perdere 3,42 secondi al km, ovvero 34,2 secondi su tutta la salita (3,42 sec * 10 km). In pratica tra due ciclisti di pari potenza ma con 20 kg di differenza il distacco sul Passo sarà di 11 minuti e 24 secondi !!! (3,42 sec * 20 kg * 10 km). Possiamo sintetizzare queste teorie con 2 grafici: Grafico 2: tempo al km alle varie pendenze di un ciclista con 250 watt di potenza. Grafico 3: calo di prestazioni in secondi dovuto all’aggiunta di 1 kg sul peso complessivo ciclista-bici-abbigliamento alle varie pendenze.   Approfondendo ancora di più il concetto del rapporto peso-potenza, andiamo ad analizzare quanto ogni singola resistenza all’avanzamento (peso, aerodinamica e attriti) influisce in percentuale sul totale delle resistenze da vincere alle varie pendenze. Applicando la formula della potenza, prendendo come esempio un ciclista medio che marcia con una potenza totale di 250 Watt (attrito 0,004 – cx 0,30 – peso ciclista+bici 80 kg), si ottengono alle varie pendenze i seguenti valori percentuali: tab.4 Variando la pendenza dall’1% al 5% la percentuale d’incidenza...

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PESO SPECIFICO DEI MATERIALI

Ancora una volta, gironzolando per internet mi sono imbattuto in questa semplice ma esaustiva tabella dei pesi specifici dei materiali. A molti probabilmente non interesserà ma a me e soprattutto al mio  progetto é stata utile per la scelta dei materiali da usare per realizzare il Magic Power IBB45X. Il sito dove l’ho trovata é: www.tecnocentro.it   GENERICA   MATERIALE PESO SPECIFICO (Kg/dm3) Acciaio 7,85 Acqua 1 Acqua ossigenata 1,46 Acqua ragia 0,86 – 0,88 Alcool etilico (95%) 0,81 Alluminio 2,6 Amianto 2,1 – 2,8 Antimonio 6,7 Arenaria 2,3 Argento 10,5 Argilla 2 – 2,2 Argilla espansa 0,3 – 0,5 Asfalto 1,1 – 1,5 Avorio 1,83 – 1,92 Benzina 0,7 – 0,75 Bitume 1,1 – 1,5 Bronzo (7,9%) 7,4 Bronzo (14%) 8,9 Bronzo fosforoso 8,8 Calcare compatto 2,4 – 2,7 Calcestruzzo 2 – 2,5 Calcio 1,58 Caolino 2,2 Carbon fossile – massa 1,2 – 1,5 Carbon fossile – pezzi 0,8 – 0,95 Carbone Coke – pezzi 0,3 – 0,48 Carta 0,7 – 1,15 Catrame 1,2 Celluloide 1,4 Cellulosa 1,5 Cemento 1,4 Cenere 0,9 Cera 0,95 Cloruro di sodio 2,16 Creta 1,8 – 2,7 Cromo 6,6 Diamante 3,55 Eternit e simili 1,8 – 2,2 Ferro 7,86 Fosforo 1,83 – 2,19 Gasolio 0,8 – 0,85 Gesso 2,3 Ghiaccio 0,9 Ghiaia 1,5 – 1,8 Ghisa comune 7,1 Gomma 1,7 – 2,2 Grafite 1,9 – 2,3 Granito 2,5 – 3 Grasso lubrificante 0,92 – 0,94 Legna ciocchi 0,3 – 0,4 Legno segati 0,6 – 1,1 Magnesio 1,75 Malta di calce 1,6 – 1,8 Marmo 2,5 – 2,8 Mercurio 13,59 Mica 2,6 – 3,2 Muratura mattoni pieni 1,5 – 1,65 Muratura mattoni forati 1,05 – 1,1 Muratura pietrame 2,25 – 2,45 Nafta 0,76 – 0,79 Neve fresca 0,1 – 0,2 Nichel 8,6 Olio lubrificante 0,85 – 0,95 Oro 19,3 Ottone 8,4 – 8,7 Piombo 11,34 Pomice 0,5 – 1,1 Porcellana 2,4 Quarzo 2,5 Rame 8,89 – 8,93 Sabbia asciutta 1,4 – 1,6 Sabbia umida 1,9 – 2,1 Salgemma 2,2 Silice 1,8 – 2 Stagno 7,28 Sughero 0,2 – 0,35 Talco 2,6 – 2,8 Terra vegetale 1,7 – 1,8 Titanio 4,87 Tufo calcareo 1,2 – 1,9 Tungsteno 19,1 Vetro 2,4 – 2,7 Zinco 7,1                      ...

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Come calcolare lo sviluppo metrico di ogni pedalata

Lo sviluppo metrico è un sistema che si adotta per confrontare la lunghezza di rapporti differenti nelle biciclette. Consiste nel calcolare quanti metri percorre la ruota posteriore della bicicletta ad ogni giro completo di pedale. Su di esso influiscono tra fattori: •    il numero di denti della corona •    il numero di denti del pignone •    la circonferenza della ruota Biciclette che montano lo stesso rapporto, possono tuttavia avere uno sviluppo metrico differente a causa della diversa misura della ruota. Si calcola come il rapporto fra il numero di denti della corona fratto il numero di denti del pignone moltiplicando questo risultato per la circonferenza in metri della ruota. Dove sm = sviluppo metrico cr = circonferenza della ruota ndc = numero di denti della corona ndp = numero di denti del pignone Più questo risultato è piccolo e più il rapporto sarà “agile”, cioè permetterà una maggiore accelerazione e sarà adatto a percorsi in...

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LAVORO POTENZA ED ENERGIA IN BICICLETTA

Ecco un utile articolo, trovato come sempre in internet,  scritto in maniera veramente chiara che spiega alcuni concetti che ritengo dovrebbero essere bagaglio di ogni ciclista che voglia comprendere al meglio quello che succede quando  pedala la propria bicicletta ed affronta la sua uscita. I concetti di lavoro, potenza ed energia sono fondamentali nello studio della fisica applicata. Per parlare in modo corretto della definizione fisica del lavoro occorre prima chiarire che cosa s’intende per “forza”. Se vogliamo spingere un’automobile il cui motore non vuole proprio saperne di mettersi in moto, dobbiamo esercitare una forza contro la carrozzeria, nella direzione in cui intendiamo far avanzare l’auto; la forza che esercitiamo deve essere tale da vincere la resistenza causata dall’attrito delle ruote come conseguenza del peso dell’auto Se poi ci capita di sollevare un peso, dobbiamo ancora esercitare una forza, questa volta diretta verso l’alto; la nostra forza dovrà vincere un’altra forza, quella di gravità, che tende a tirare il peso verso il basso. Come ogni grandezza fisica, la forza è esattamente misurabile, ed il suo valore si può esprimere in diverse unità di misura. Il modo più semplice di esprimere l’entità di una forza è quello di darne il valore in kg. Nel momento in cui solleviamo un peso di 50 kg, stiamo applicando al peso una forza di 50 kg diretta verso l’alto. Anche la forza necessaria a spingere l’automobile può essere misurata in kg, sebbene in modo meno intuitivo; guardando la figura a lato il concetto risulta chiaro. Aumentiamo poco alla volta il valore del peso attaccato alla fune finchè l’auto si muove: a quel punto avremo trovato il valore della forza (in kg) necessaria a vincere l’attrito. Siamo tutti daccordo che spingere un’auto o sollevare un peso è una fatica; per la fisica è un lavoro. Ma la misurazione esatta della quantità di lavoro svolta richiede di misurare una seconda grandezza: esattamente una lunghezza. Se spingiamo la nostra macchina per 10 metri avremo fatto un certo lavoro; ma se la spingiamo per 30 metri avremo fatto un lavoro (e una fatica) senz’altro maggiori! Come si calcola allora questo lavoro? Basta moltiplicare la forza per la lunghezza, che può anche essere chiamata “spostamento”. Se esprimiamo la forza in kg e la lunghezza in metri, il lavoro avrà come unità di misura il “chilogrammetro”, che si scrive kgm. il caso più semplice si ha quando si solleva un peso ad altezze diverse. se si solleva un peso di 50 kg all’altezza di 1,5 metri, il lavoro compiuto sarà: 50 x 1,5 = 75 kgm se si solleva lo stesso peso all’altezza di 3 metri, si sarà compiuto un lavoro pari a 50 x 3 = 150 kgm Possiamo allora scrivere la formula per calcolare il lavoro: L = F x S Tale formula è corretta se lo spostamento avviene esattamente nella direzione della forza resistente. Quando lo spostamento avviene in una direzione che non corrisponde alla direzione della forza resistente, la formula deve essere modificata, per tenere conto dell’angolo formato dalle due direzioni. In questa sede tuttavia non tratteremo tale caso particolare.ovvero il lavoro è uguale al prodotto della forza per lo spostamento. Un certo lavoro può essere svolto in un tempo breve o in un tempo più lungo. Torniamo a parlare di automobili: far percorrere ad un’auto 50 km significa compiere un lavoro: infatti occorre applicare all’auto una forza sufficiente a farla spostare, e quindi prolungare questo spostamento per una lunghezza di 50 km. Come si è visto, il lavoro corrispondente si calcola moltiplicando la forza per lo spostamento. Supponiamo che la forza necessaria a spingere l’auto...

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