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

tab_peso_potenza_1

Si può facilmente notare come a parità di velocità il dispendio energetico dei ciclisti più pesanti sia maggiore (vedi grafico).

analisipp1

 

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

tab_peso_potenza_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

tab_peso_potenza_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:

analisipp2

Grafico 2: tempo al km alle varie pendenze di un ciclista con 250 watt di potenza.

analisipp3

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

tab_peso_potenza_4

Variando la pendenza dall’1% al 5% la percentuale d’incidenza del peso sul totale della potenza da applicare, cresce dal 29% all’83%.

Distribuzione % potenze necessarie al ciclista per marciare all’1% di pendenza.

potenza5

Distribuzione % potenze necessarie al ciclista per marciare al 5% di pendenza.

potenza6

Dalla tab.4 possiamo estrapolare un grafico che ci permette di chiarire ulteriormente il concetto.

potenzapeso4

Il grafico mostra chiaramente come la percentuale della potenza media imputabile al fattore peso (linea nera), cresca con l’aumentare della pendenza. Quindi l’aerodinamica è importante in pianura fino a pendenze dell’1/2%, poi il peso diventa la resistenza con cui fare i conti.

Se riusciamo quindi ad “abbattere” il maggior numero di kg superflui sulla bici e sul peso corporeo, senza perdere significativamente in potenza, potremo beneficiare dell’“effetto peso” in salita, che sarà tanto maggiore con il crescere della pendenza.

 

Facciamo un confronto tra due ciclisti di diverso peso e di diversa potenza per osservare sul campo cosa accade:

Il signor Leggeri (60 kg di peso e 200 Watt di potenza) e il signor Grossi (80 kg di peso e 250 Watt di potenza) si confrontano su pendenze varie a potenza costante.

Vediamo le velocità che i due ciclisti possono sostenere alle varie pendenze e i relativi tempi al km:

tab.5

tab_peso_potenza_5

Come potete notare, seppur in virtù di una potenza maggiore, Grossi, penalizzato dal proprio peso, è destinato a soccombere a Leggeri con il crescere della pendenza; più precisamente Leggeri prenderà il largo su Grossi su salite con inclinazioni maggiori del 4,5% mentre Grossi riuscirà a far valere la sua maggior potenza su percorsi con pendenze al di sotto del 4,5%. La pendenza 4,5% rappresenta il “punto d’equilibrio” tra i due ciclisti; infatti su questa pendenza nonostante pesi e potenze diversi i due “miracolosamente” pedaleranno insieme.

Sintetizziamo il “recupero” di Leggeri su Grossi con questo grafico:

potenzapeso5

Grafico 5: confronto tra le velocità sostenibili da due ciclisti con peso e potenza diversi

L’affermazione che Leggeri è un ciclista più forte di Grossi può sembrare errata, Grossi infatti dispone di maggiore potenza e su salite più dolci può dettare legge; in una gara in linea però va considerato anche il “gioco delle scie”. Lo stare a ruota comporta benefici che vanno dal 28% al 45% di risparmio di potenza !!

Assumendo che il ciclista a ruota abbia un risparmio del 30% di potenza vediamo cosa succede a Grossi e Leggeri durante la marcia in pianura, al 2% e al 4% con Grossi che sta davanti a “tirare”.

Durante la pianura Grossi sviluppando 250 Watt di potenza marcia a 37,76 km/h e compie un km in 1.35 (vedi tab.5).

Il contributo alle singole resistenze è: 213 Watt (86%) per le resistenze aerodinamiche (Wcx) e 37 Watt (14%) per quelle degli attriti (Wa).

A Leggeri, grazie al suo peso più contenuto, per marciare alla stessa velocità basterebbero 244 Watt anzichè 250, così distibuiti (Wcx 215 + Wa 28).

Purtroppo per lui, madre natura non l’ha premiato così generosamente e dispone di soli 200 Watt e in un’ipotetica cronometro perderebbe 7 secondi al km. Grazie al gioco delle scie però può risparmiare stando a ruota di Grossi il 30% della potenza necessaria a vincere la resistenza aerodinamica (Wcx) e quindi bastano215 Watt – 30% = 150 Watt che sommati ai 28 Watt necessari a Wa danno 178 Watt che rappresentano la potenza che Leggeri dovrà sprigionare per stare a ruota di Grossi e che è pari all’89% della potenza di cui dispone.

 

Vediamo ora, con l’ausilio della tab.6 lo stesso comportamento nel caso di salita al 2% e al 4%.

tab.6 a/b/c

tab_peso_potenza_6

Come potete notare sarà impossibile per Grossi staccare Leggeri, poichè quest’ultimo per stare a ruota applicherà potenze sempre inferiori al suo potenziale di 200 Watt.

E’ interessante notare come Leggeri faccia però più fatica a stare a ruota con il crescere della pendenza; questa osservazione ci fa capire come ciclisti molto potenti possano dire la loro ai danni degli scalatori puri su salite “dolci” oppure come alcuni ciclisti leggeri possano resistere in pianura, staccarsi su falsopiani, ma rifarsi sulle erte più difficili.

Per terminare la nostra analisi vediamo perché Grossi non può beneficiare del gioco delle scie su salite oltre il 5%. Quindi premettiamo che adesso è Grossi a stare a ruota.

tab.7

tab_peso_potenza_7

Notiamo come Grossi riesca a rimanere nella scia di Leggeri solo fino al 7%, dopo sarà costretto a lasciar andare il leggerissimo … signor Leggeri …

Del “gioco delle scie” ne riparleremo comunque più diffusamente in uno dei prossimi articoli. Lo abbiamo introdotto adesso per accentuare il “valore aggiunto”che ha il peso del ciclista nella fisica del ciclismo.

articolo tratto da: www.pianetaciclismo.com
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One Comment

  1. Roberto Curti says:

    Buongiorno! Articolo interessantissimo, davvero. Chiedo però: non sarebbe più immediato se riportaste la formula in chiaro che ci permette di trovare i WATT sapendo distanza, velocità, peso totale e dislivello? Grazie! Roberto

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