[MTP] Considerazioni sulla velocità (pieghevole e non)

[Aviator]

Veeg, cerchiamo di capirci, non è mia intenzione polemizzare, ma prova a rispondere alle mie domande se hai un po' di pazienza, voglio capire se magari non parliamo di cose diverse....
1) Sei d'accordo che le bici salgono alla stessa velocità? Perché è così che va condotto un esperimento in maniera scientifica, cioè tutte le condizioni uguali. Penso che Gigio intendesse fare questo ipotetico esempio, giusto?

2) Sei d'accordo che siccome per ipotesi lo sviluppo metrico è uguale allora anche gli rpm dei pedali sarà uguale?

Quindi riassumendo: rpm, sviluppo metrico e velocità delle bici uguali, ok?

Per risponderti: è ovvio che questa prova all'atto pratico è di difficile attuazione perchè il telaio di una pieghevole non gradisce di salire in piedi a spingere, si deforma, ha componenti magari meno performanti e il diametro ridotto della ruota determina un pelo di attrito in più, inoltre come fai ad assicurarmi che lo sviluppo metrico nella tua prova è lo stesso? Se tu alla tua bellissima bici con ruote da 28", glie le sostituisci con ruote da 16, una volta adeguato il cambio PER MANTENERE INALTERATO LO SVILUPPO METRICO (temo che il colpevole dell'incomprensione risieda in questo punto), tu non ti accorgeresti o quasi della differenza.

Io non ho salito il Mottarone in bici, ma mi capita di fare una breve salita, a occhio 500m con pendenza, sempre a occhio, 10% con la Hoptown e con una Bianchi Spillo, se devo essere sincero non ho notato grossa differenza. Non noto mai grossa differenza, né in crociera, ne in salita. 
D'altronde c'è un intero thread su questo forum dove si dice che la Brompton nonostante le ruote da 16 " stia dietro" (da prendere con le pinze!) alle BDC. Come si spiega?

[veeg]

La mia prova di scalata era una semplice provocazione, non dovete usarla come riferimento 

Aviator... con le tue domande e con quella finale sulla brompton introduci altri mille spunti di discussione, purtroppo il mezzo che utilizziamo (il forum) è uno strumento troppo  limitato per le discussioni e i confronti su argomenti così vasti e tecnici, pieni di variabili da aggiungere e spiegazioni e ribatti e botta  e risposta e esempi e situazioni......
Sarò più che felice di parlarne con te di persona in una delle uscite del forum 
Io ho letto bene le tue argomentazioni, ci penserò su e ti parlerò di queste dal mio punto di vista.

Poi non c'è nessuna polemica, ci mancherebbe! Io dico la mia e cerco di spiegarmi, tu dici la tua e bon. Il bello è questo 
Anche io poi di fisica ho solo dei ricordi... ci provo a rispolverarli e me ne convinco, ma  non mi stupirei se poi venissi smentito.
Di certo dal vivo arriveremmo ad una conclusione ragionata e chiara che qui non potremmo ottenere e magari finisce che mi convinci con i tuoi ragionamenti.

Pensa che io lavoro con colleghi ingegneri in ogni settore, dal nucleare all'aerospaziale e oggi a pranzo ho posto il quesito a molti di loro ed è venuta fuori una discussione  con pareri diversi e tovaglioli di carta con formule scritte al volo e bicchieri spinti in salita sul cestino del pane 

Ce la faremo a dare una risposta definitiva!

[gip]

Noooo! Ragazzi non fermatevi vi prego!!    Era un sacco di tempo che non assistevo ad un dialogo Kafkiano come questo! Troppo divertente!     

[naldo]

inoltre come fai ad assicurarmi che lo sviluppo metrico nella tua prova è lo stesso? Se tu alla tua bellissima bici con ruote da 28", glie le sostituisci con ruote da 16, una volta adeguato il cambio PER MANTENERE INALTERATO LO SVILUPPO METRICO (temo che il colpevole dell'incomprensione risieda in questo punto), tu non ti accorgeresti o quasi della differenza.

Se la pendenza è tale da obbligare al rapporto più leggero e a una pedalata non costante e rotonda, bensì a una successione di piccole accelerazioni come quando capita di essere quasi fermi, mi sa che con le ruote più piccoel avresti pure il vantaggio della minor massa da accelerare ad ogni spunto.
Così, per introdurre un po' di altra entropia :-)

[Aviator]

Pensa che io lavoro con colleghi ingegneri in ogni settore, dal nucleare all'aerospaziale e oggi a pranzo ho posto il quesito a molti di loro ed è venuta fuori una discussione  con pareri diversi e tovaglioli di carta con formule scritte al volo e bicchieri spinti in salita sul cestino del pane 

Ce la faremo a dare una risposta definitiva!

Hahaha bellissima scena 

Va bene ci sto ne discutiamo davanti a una birra dopo una pedalata con tovaglioli scarabocchiati di formule! 

[Hopton]

Ho dimenticato di dire che, a parità di lavoro applicato, la bici da 20" risente maggiormente delle perdite energetiche dovute agli attriti delle parti meccaniche in movimento: per compiere 5 km la ruota da 20 deve girare 6.000 volte (ipotesi); quella da 28 gira 4.500 volte con un minor attrito meccanico generale e minor dispersione della forza lavoro.
Se poi aggiungiamo le perdite dovute al rotolamento del pneumatico, la dispersione energetica aumenta.
Quindi il "sistema" più efficiente è dato dalla bici da 28".

Allora io a differenza vostra non corro il rischio di non ricordare con precisione degli elementi di fisica, perché per scordarsi di qualcosa bisognerebbe averla appresa prima, e non è il mio caso.     Chiedo quindi scusa in anticipo a Veeg e a chiunque capisca qualcosa di fisica, se quanto sto per dire dovesse essere una castroneria senza senso.
Veeg quello che mi sfugge nel tuo ragionamento è perché la ruota da 20" avrebbe più attrito. Riprendendo il tuo esempio, se la ruota da 28" gira 4500 volte compie un certo tragitto, e per compiere lo stesso tragitto con la ruota da 20" dovrò farla girare 6.300 volte. Però anche se la ruota da 28" dovrà girare meno volte a parità di tragitto, per ogni giro percorre un tratto maggiore al suolo rispetto alla ruota da 20", quindi l'attrito alla fine del tragitto dovrebbe essere identico, o no? Cioè capisco il maggiore attrito delle parti meccaniche con le ruote piccole, visto che a parità di velocità della bici devono girare più velocemente, ma perché ci sono anche più perdite dovute al rotolamento? Se entrambe le bici percorrono 10 metri, l'attrito dovuto al rotolamento non dovrebbe essere lo stesso? Ovvio che questo non comprende altre variabili, come la sezione delle ruote, che può essere diversa nelle due ruote, e influire sull'attrito.
A parte questo mi avete incuriosito, e appena possibile farò anche io la prova empirica di percorrere la stessa salita sia con una bici con ruote grandi e poi con la Brompton, impostando uno sviluppo metrico che sia uguale (nella misura del possibile, diciamo simile). Perché francamente con le pieghevoli non ho mai avuto l'impressione di aver bisogno di più potenza in salita a parità di sviluppo metrico. L'unica cosa che ho osservato in maniera empirica, e che è già stata ampiamente discussa nel forum (nella discussione citata da Sbrindola) e anche da voi qui, è che effettivamente le piccole danno un maggiore scatto da fermo, ma hanno una minore inerzia, per cui se non si pedala tendono a fermarsi prima, almemo così mi pare.
Ovvio che poi in tutte queste prove bisognerebbe tenere conto di un fattore fondamentale quando si comparano due bici diverse, e cioè l'efficienza energetica della trasmissione. Per esempio i cambi al mozzo sono belli, ma spesso causano una maggiore dispersione di energia rispetto ai cambi con deragliatore, i cambi al mozzo Sturmey Archer sulle Brompton pare che disperdano molta meno energia di cambi al mozzo di altre marche, etc etc. Ecco perché fare una prova empirica con due bici con ruote diverse vale fino a un certo punto: entrambe possono avere il cambio impostato ad esempio a uno sviluppo metrico di 5,5, ma se poi uno dei due sistemi di trasmissione disperde più energia alla fine si fa più fatica, a prescindere dalle ruote.
Grazie e ripeto, se ho detto sciocchezze abbiate pietà.
Mario
 

[gip]

Ciao ragazzi, permettete anche a me una considerazione sull’argomento. A mio parere avete entrambi ragione ed entrambi torto. Sareste terribili come insegnanti di fisica  . La bicicletta è una macchina semplice ed estremamente complessa allo stesso momento. Vi assicuro che più semplice sviluppare gli algoritmi per studiare la dinamica di marcia di un treno che quello di una bici. Credetemi è il mio mestiere.
Quando veeg dice:
Con una pieghevole occorre maggior potenza.......
ha ragione. Ma le motivazioni che porta per spiegarlo sono sbagliate. Il cinematismo della trasmissione non c’entra se non in modo irrilevante.
Aviator sostiene:
Per andare dal punto A al punto B il lavoro è lo stesso......
ha ragione. Dove sbaglia è nella eccessiva semplificazione che da al problema. Non si può limitare nella bicicletta lo studio nell’ambito delle energie conservative perché gli attriti sono fondamentali.
Nella bici vi è un attrito importantissimo nell’economia della marcia che si chiama in fisica ‘attrito volvente’ o attrito di rotolamento. Questo parametro è nello stesso tempo la causa dell’avanzamento della bici ed il suo nemico numero 1. Senza attrito volvente sarebbe come pedalare sui rulli. Non si scaricherebbe a terra la potenza trasmessa ai pedali. Contemporaneamente L’AV si oppone al moto rallentando la marcia o in termini più fisici assorbendo potenza. La teoria dell’attrito volvente non è semplicissima e ve la risparmio ma limitandoci alla sua formula semplificata si capiscono molte cose.
La formula è Far=ca*Fpn/r. Dove: Far è la forza di attrito che si oppone al moto; ca il coefficiente di attrito che dipende solo dalla natura delle superfici a contatto;  Fpn è la componente normale al piano di rotolamento della forza peso ed infine r è il raggio di curvatura dell’elemento rotolante.
Come si può vedere la forza di attrito è inversamente proporzionale al raggio (nel nostro caso della ruota) e questo chiarisce a Hopton perché una ruota da 20” assorbe più potenza di una da 28”. Vi sono altre variabili in gioco tipo l’impronta a terra lasciata dal pneumatico. Più è ampia maggiore è l’effetto del ca (coefficiente di attrito) per cui le gomme sgonfie sono una iattura per il moto.
L’altro effetto che mangia potenza in una bici sono le deformazioni elastiche dei componenti a partire dal telaio. Immagino che chiunque capisca che piegare un pezzo di ferro costi fatica. Anche senza arrivare a deformazioni permanenti. Bene, se la bici si deforma sotto il carico della pedalata parte della potenza immessa dalle gambe nel sistema va a sostenere le deformazioni invece di scaricarsi a terra. Questo avviene per qualsiasi parte della bici: telaio, pedivelle e pedali, manubrio, etc. Non è difficile capire che il sistema più è rigido meno potenza assorbe. E queste dispersioni possono essere molto forti soprattutto quando si fa molta strada.
Hanno invece rendimenti molto più elevati i cinematismi di trasmissione il cui effetto è decisamente minore purché sia materiale di buona qualità. L’importante in questi casi è che i vari accoppiamenti siano soggetti solo ad attriti volventi e non radenti che sono addirittura devastanti. Ad esempio in un cambio al mozzo gli ingranaggi devono essere perfetti perché se cominciano a strisciare tra loro e non a rotolare è come attaccare un’incudine con lo spago alla bici.
Mi viene da sorridere quando qualcuno confronta una BDC con una pieghevole. Sono macchine fatte ed ottimizzate per scopi diversi.
Qualcuno mi nomini un corridore che abbia fatto una sola tappa del Giro d’Italia in pieghevole. Oppure quanta gente vedete in treno per andare al lavoro con una BDC. Mi sa poca. Ogni tanto salta fuori quello che corre dietro alle BCD con la pieghevole. Mi sembra il cagnolino che corre dietro al treno che parte. Forse per un po’ lo segue o addirittura lo supera ma poi inesorabilmente si mette seduto con la lingua a penzoloni  . Con la bici pieghevole, a parità di gambe, la benzina finisce prima. Per qualche chilometro si regge ma poi ciao.
Se qualcuno vuol veramente migliorare le sue prestazioni in bici deve invece curare molto la postura. La posizione di pedalata è fondamentale per scaricare la potenza di cui siamo capaci. Più che cambiare rapporti è importante assumere il corretto assetto. Pedalare messi malamente, oltre a far danni alla salute, fa sprecare molta potenza.
Spero di aver dato il mio piccolo contributo. Comunque su questo forum di gente simpatica ce ne tanta  . Ciao a tutti.

[boccia]

Concordo con Gip.

Credo però che Aviator non abbia "sbagliato", ma abbia volutamente cercato un approccio semplificato al problema trascurando in prima battuta alcuni elementi come l'effetto dell'attrito volvente e le deformazioni e gli attriti di telaio e componenti. In questo modo ha fatto secondo me un po' di chiarezza sul problema ed ha affinato alcune affermazioni di veeg, che pur partendo dalla corretta osservazione della realtà risultavano alla mia lettura non perfettamente chiare.

Introducendo in seconda battuta elementi imprescindibili come attrito volvente, deformabilità e attriti di telaio e componenti, aerodinamica, postura etc, si arriva a spiegare, come ha fatto correttamente Gip, più verosimilmente il fenomeno fisico, e a capire davvero perchè la ruota piccola fa fare più fatica a parità di tutte le altre condizioni.

@gip
scusa un appunto, ma ricordavo che l'attrito che permette l'avanzamento della ruota sul piano è l'attrito statico, non l'attrito volvente, correggimi se sbaglio.

[gip]

Non sbagli boccia. Provo a spiegare ma non è facile. Se hai una cassa pesante appoggiata per terra e provi a muoverla spingendola fai una gran fatica. Sino a che non si muove è soggetta ad attrito statico o 'attrito di spunto'. Nel momento in cui si comincia a muovere l'attrito diventa 'attrito radente'. Questo ha un valore inferiore a quello di attrito di spunto. Infatti quando la cassa comincia a muoversi si fa anche meno fatica a spingerla. E' il principio per cui un auto, che frenando blocca le ruote, allunga gli spazi di arresto. L'attrito volvente va visto come assieme consecutivo di attimi in cui agisce l'attrito di spunto o statico. Infatti nel moto non si ha strisciamento della ruota  con la strada ed il punto di contatto è 'fermo'. Il grande vantaggio è che il moto di avanzamento delle masse non avviene nel punto di contatto ma centro ruota. In sostanza il punto di contatto è bloccato dall'attrito statico mentre il resto del mondo gira liberamente attorno. E dove sta la perdita di potenza se l'attrito è provocato solo dalla forza peso? Questo è difficile da spiegare senza lavagna. In realtà la reazione vincolare a terra non passa per il centro ruota ma leggermente anticipato:

e questo crea un piccolo momento contrario alla rotazione della ruota. Questo disassamento non cambia per ruote piccole o grandi perché dipende dal peso per cui penalizza maggiormente le piccole.
Per quanto riguarda l'intervento di Aviator ribadisco che non ha detto niente di sbagliato. Ha solo semplificato il fenomeno. Al punto che ne è nata una piccola incomprensione da risolvere in pizzeria scarabocchiando tovaglioli di carta 
Chiedo pietà per lo sproloquio.  Ciao a tutti.

[Hopton]

Appoggio la mozione pizzeria, per sicurezza mi porto anche una scatola di moment act.
Mario

[boccia]

partecipo virtualmente alla pizza ingegneristico-tecnica in questione, con grande piacere.

Grazie Gip per la piccola lezione sull'attrito volvente, utile a me e a tutti coloro che sono interessati ad approfondire l'argomento.

[latrippa]

Questo è difficile da spiegare senza lavagna. In realtà la reazione vincolare a terra non passa per il centro ruota ma leggermente anticipato:

e questo crea un piccolo momento contrario alla rotazione della ruota. Questo disassamento non cambia per ruote piccole o grandi perché dipende dal peso per cui penalizza maggiormente le piccole.
Per quanto riguarda l'intervento di Aviator ribadisco che non ha detto niente di sbagliato. Ha solo semplificato il fenomeno. Al punto che ne è nata una piccola incomprensione da risolvere in pizzeria scarabocchiando tovaglioli di carta 
Chiedo pietà per lo sproloquio.  Ciao a tutti.

Ciao...mi unisco alla pizza virtuale.
Tutto ciò che hai scritto è condivisibile, tranne quando dici che l' attrito volvente della ruota non dipende dal suo raggio. Avevo un vago ricordo di questa dipendenza inversamente proporzionale al raggio: andando a riguardare il wiki in inglese (rolling fiction) leggo che ci sono almeno un paio di formule: una che dà questo attrito inversamente proporzionale al diametro, l' altra inversamente proporzionale alla radice quadrata di questo.
Comunque la discussione è decisamente interessante. Ciao.

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[gip]

Ciao latrippa. Leggi bene il mio primo post quando ho riportato la formula dell'attrito volvente. Mi pare di aver detto chiaramente che questo è inversamente proporzionale al raggio.

La formula è Far=ca*Fpn/r. Dove: Far è la forza di attrito che si oppone al moto; ca il coefficiente di attrito che dipende solo dalla natura delle superfici a contatto;  Fpn è la componente normale al piano di rotolamento della forza peso ed infine r è il raggio di curvatura dell’elemento rotolante.
Come si può vedere la forza di attrito è inversamente proporzionale al raggio (nel nostro caso della ruota) e questo chiarisce a Hopton perché una ruota da 20” assorbe più potenza di una da 28”.

Ti è sicuramente sfuggito. Poco male  ! In realtà la formula riportata è semplificata. Per far bene le cose andrebbe sviluppato l'integrale della curva di pressione a terra ma francamente adesso non ho tanta voglia di mettermi a far questi conti (ammesso che ne sia ancora capace). Ho paura anche di scassare gli zebedei a chi legge  Ciao.

[latrippa]

Ciao latrippa. Leggi bene il mio primo post quando ho riportato la formula dell'attrito volvente. Mi pare di aver detto chiaramente che questo è inversamente proporzionale al raggio.

La formula è Far=ca*Fpn/r. Dove: Far è la forza di attrito che si oppone al moto; ca il coefficiente di attrito che dipende solo dalla natura delle superfici a contatto;  Fpn è la componente normale al piano di rotolamento della forza peso ed infine r è il raggio di curvatura dell’elemento rotolante.
Come si può vedere la forza di attrito è inversamente proporzionale al raggio (nel nostro caso della ruota) e questo chiarisce a Hopton perché una ruota da 20” assorbe più potenza di una da 28”.

Ti è sicuramente sfuggito. Poco male  ! In realtà la formula riportata è semplificata. Per far bene le cose andrebbe sviluppato l'integrale della curva di pressione a terra ma francamente adesso non ho tanta voglia di mettermi a far questi conti (ammesso che ne sia ancora capace). Ho paura anche di scassare gli zebedei a chi legge  Ciao.

Sì lo dici, ma poi lo contraddici :-).
Scherzi a parte, mi contraddicono io stesso, leggendo qua e là jo trovato questo sito dove il tizio ha fatto una serie di misure con risultati interessanti: lo pneumatico da 20" risulta più efficiente di quello da 26".
http://www.legslarry.beerdrinkers.co.uk/tech/GS.htm

Un'altra cosa interessante da queste misure, ovvia ma che forse è bene ricordare,  è quanto cambia la dissipazione tra uno pneumatico ben gonfio ed uno gonfio a metà. Ciao.

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[gip]

Eh Eh! A proposito girando su internet ho trovato l'intero manuale della Schwalbe riunito in un solo pdf. E' una autentica miniera di informazioni sui pneumatici e tutto quello che ci stiamo dicendo è spiegato benissimo. Ad esempio mai avrei immaginato che un pneumatico da MTB offrisse meno resistenza di un tubolare da corsa a parità di pressione di gonfiaggio. Volevo chiedere a Federico se non sia possibile creare un angolino nel forum dove rendere disponibili manuali tecnici come questo. Sarebbero utili a tutti coloro che dovessero fare delle scelte. Purtroppo io non sono riuscito a postarlo ma non è che sia un campione in queste cose. La butto li. Ciao a tutti.