La caduta dei gravi (o della discesa nel ciclismo)

La caduta fa parte del gioco ma se ci pensate, oltre alla brasate vere e proprie, cadere è anche va anche per interpretazione, tra sorrisi e lacrime. La caduta vista dal lato teorico.

22/11/2018
scritto da Davide Sanzogni

La caduta interpretata con un approccio ingegneristico! Il titolo e’ volutamente altisonante ma ci sta’, perché a volte diventa fondamentale capire quali siano le regole che “sanciscono” la caduta. Spesso associamo il cadere alla discesa e dato che a noi ciclisti le cadute non piacciono, però quando capita, cerchiamo di trovare un motivo, una ragione, il fatto per cui, un corpo scorre così veloce dall’alto verso il basso. Dai, concentriamoci per qualche minuto, riprendendo le frasi, ridendo e accartocciando la fronte al tempo stesso.

Aristotele sosteneva che i corpi cadono con una proporzionalità diretta con la propria massa, cioè più un corpo è pesante e più cade velocemente e l’esperienza comune sembrerebbe dare ragione ad Aristotele anche se da alcuni secoli sappiamo che non e’ proprio cosi’.
Come la storiella del calabrone che vola in barba alle leggi della fisica (anche in questo caso non e’ proprio cosi’) sono molti gli esempi di ottimi discesisti senza per questo essere dei pesi massimi: un esempio attuale per tutti Nibali.

Foto Bettini

Gia’ qualche secolo fa Galileo aveva dimostrato che, in certe condizioni, la massa non centra niente con la velocità di caduta degli oggetti: asseriva infatti  che cadono tutti con la stessa velocità, che è proporzionale non alla massa degli oggetti ma al tempo trascorso da quando il moto è iniziato. Se lancio un oggetto, prima va lento e poi aumenta col passare del tempo la velocità.

Perché l’esperienza comune sembra contraddire i risultati sperimentali di Galileo?
Galileo ha ragione solamente in situazioni particolarissime, diciamo ideali: la legge di caduta dei gravi galileiana vale esclusivamente nel vuoto; nel vuoto sì che i corpi cadrebbero tutti alla stessa velocità.

In presenza di aria la situazione cambia notevolmente. Il corpo è soggetto a più forze che agiscono
su di esso contemporaneamente:

– la forza peso  che è diretta verso il basso e ovviamente proporzionale alla massa del corpo.

– la forza di attrito con l’aria (detta anche forza di resistenza del mezzo) che si oppone alla discesa ed è approssimativamente proporzionale al quadrato della velocità del corpo e alla alla sezione del corpo.

– la forza di Archimede (un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l’alto proporzionale alla massa del fluido spostato) che è rivolta verso l’alto. Il massa di aria spostata dipende dal volume del corpo e quindi, considerando il corpo rigido, risulta costante per tutta la caduta. Questa forza è molto importante se il corpo ha una densità comparabile con quella dell’aria. Un palloncino riempito di elio, per esempio non cade a terra, ma sale in alto !!!

– altre forze tra cui le forze inerziali ancora più trascurabili in questo contesto.

Dato che un ciclista non ha certamente la densità di un palloncino possiamo trascurare la spinta di Archimede e desumere che quando la forza peso viene bilanciata dalla forza di attrito il corpo in caduta smette di accelerare e il moto diventa rettilineo uniforme (cioè a velocità costante), anziché rettilineo uniformemente accelerato (cioè con una velocità che continua ad aumentare).

In conclusione:

  • La velocità è proporzionale al tempo trascorso da quando il moto è iniziato ed alla velocità iniziale del corpo stesso
  • La massima velocità raggiungibile in presenza di aria è limitata (si parla infatti di velocità limite) dal bilanciamento tra forza peso (proporzionale alla massa e costante nel tempo) e forza di attrito (proporzionale al quadrato della velocità e alla sezione del corpo in caduta)

Applichiamo questi 2 concetti alla discesa in bici:

  • Vuole dire che tanto prima smettiamo di toccare i freni e tanto più veloce riusciamo ad uscire da una curva tanto più saremo veloci nel rettilineo seguente. E’ intuitivo, ma non fa male ripeterlo.
  • Una persona più leggera tenderà a raggiungere prima la velocità limite e questa velocità sarà inferiore a quella raggiunta in un momento successivo da una persona più pesante.

In pratica, supponendo che due persone escano appaiate dalla curva, con la medesima velocità d’uscita, inizieranno entrambe ad aumentare rapidamente la propria velocità, ma quella più leggera in breve vedrà ridurre la propria accelerazione e proseguirà a velocità costante restando distanziata, mentre quella più pesante proseguira’ ancora per alcuni momenti ad accelerare prima di proseguire quindi pure a velocità costante, ma maggiore di quella raggiunta dalla persona leggera, distaccando ulteriormente il ciclista più leggero.

Però una persona leggera ha di base una sezione frontale ridotta, quindi potenzialmente una minore forza di attrito da fronteggiare, rispetto ad una persona più pesante e può ulteriormente cercare di ridurre questa forza di attrito, se non si dà per vinta in partenza, sia cercando una posizione maggiormente aerodinamica sia, nel caso di discesa in gruppo, cercando di sfruttare la scia di chi sta scendendo davanti a lei, nella fase di uscita di curva prima che si crei un gap.

Infine, considerato che in ingresso di curva i freni bisogna pure usarli (gomme, ruote ed impianto frenante possono fare la differenza ma l’abilità del pilota è fondamentale) e che un ciclista dotato di maggiore massa a pari potenza frenante necessita di uno spazio d’arresto maggiore non e’ nemmeno da escludere che in caso di curve sufficientemente ravviciante sia possibile chiudere un eventuale piccolo distacco proprio in staccata.

Per estremo, se state affrontando una discesa molto ripida dove per motivi di sicurezza la velocita’ massima percorrenza e’ inferiore alla propria velocita’ limite, proprio il ciclista piu’ pesante potrebbe risultare svantaggiato. Quindi, a meno che non vi stiate confrontando un ex-pilota di moto, massiccio e con una bici dotata di freni a disco, magari su un lungo rettilineo ove la pendenza e’ appena accennata, non datevi per vinti. Anche se pesate 60kg o meno adottando alcuni accorgimenti in discesa potete essere lo stesso ottimi discesisti. Dovete pensare che il primo nemico che dovete sconfiggere non e’ la differenza di peso, ma tanto per cambiare l’aria, come in pianura.

a cura della redazione tecnica, con il fondamentale contributo di Davide Sanzogni, foto di Matteo Malaspina, redazione tecnica, Bettini photo.

 

 

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