"Pesano" più x grammi di telaio o di ruote?

Titolo con “paradosso” semi scherzoso ma spesso tema di argomentazioni e dibattiti: è più redditizia e utile una riduzione di peso nelle ruote o nel telaio? Questo mi è stato chiesto recentemente anche in una delle discussioni “aperte” che svolgo settimanalmente su Zello (dettagli e link in firma).

Riprendo la risposta data nella discussione “1 domanda 1 risposta al giorno” presente sul forum (LINK), qui infatti si possono trovare interessantissime domande e (spero!) altrettanto interessanti ed utili risposte.

il fatto che il peso guadagnato su una massa che ruota sia più redditizio rispetto al peso guadagnato su altro componente (es. telaio) è…fisica:

per muovere il mezzo bicicletta il ciclista deve “produrre” 1/2 Mv^2 di energia cinetica per muovere la massa totale del sistema atleta+telaio (e componenti annessi ma non in rotazione)+ruote (M) alla velocità v. L’atleta deve inoltre fornire l’energia che permetta il moto rotatorio delle ruote: 1/2 Iw^2 con w velocità angolare e I l’inerzia della ruota (assumendo e semplificando che le ruote siano tra loro uguali). Tale valore I ci indica quanto è dispendioso “muovere” la ruota e tale valore incrementa tanto più la massa è lontana dal centro (mozzo); è inoltre sempre proporzionale alla massa della ruota e al quadrato del raggio della ruota. I= bmr^2 dove b=1 se ipotizziamo di trascurare la massa dei raggi, in proporzione soprattutto al loro peso rispetto al resto che compone la ruota.

Quindi l’energia totale richiesta per muovere telaio+atleta+2 ruote ad una velocità v è:

E= 1/2 (2m+massa telaio)v^2 + 2* 1/2 Iw^2

poiché I= bmr^2 e v/r= W

E= 1/2v^2[massa telaio+2(1+b)m]

quindi, considerando che una ruota “tradizionale” (= cerchio + raggi) può essere rappresentata dal valore b=1, la spesa energetica per il movimento delle ruote è 4x proporzionale alla massa della ruota, ossia una riduzione del (medesimo valore di) peso sulle ruote è 4x “energeticamente” più vantaggiosa che la riduzione del (medesimo valore di) peso in/di altro componente (es. telaio).

Una -anzi due- aggiunte sono necessarie.

Nel computo totale del sistema “ciclista e bici” è importante anche il totale ruote+telaio+altri componenti, ognuno con differente impatto sul reale guadagno relativo (rispetto ad altri componenti, come nel caso delle ruote) o assoluto (minor peso totale).

Ancor più importante è il dover rimarcare che queste riduzioni di peso nel sistema “ciclista e bici” sono realizzabili andando ad “agire” sul primo fattore, ossia il ciclista!

Una riduzione nella massa del ciclista infatti ha un impatto duplice, non solamente sulla componente fisica e cinetica del peso da dover spostare e/o accelerare (anche in questo caso, ANCHE in assenza di pendenza, è rilevante W/Kg) ma inoltre, e non secondariamente, sulla dispersione termica. Considerando infatti che ~75% dell’energia prodotta viene dispersa sotto forma di calore (LINK), una riduzione dalla barriera isolante (adipe) ed un miglioramento nel rapporto superficie/volume rendono più efficace il processo di dispersione termica; tutto ciò comporta il ridursi dello “stress termico” stesso diminuendo potenzialmente, ma non secondariamente, la percezione dello sforzo, che tende ad arrivare ad un limite tanto meno sostenibile tanto maggiore è la temperatura corporea (vd teoria del Central Governor già menzionata anche in precedente articolo, LINK).

In sintesi, ridurre il peso sulle masse rotanti è più “redditizio” rispetto ad un medesimo risparmio su altro componente ma in realtà e nel concreto, specie se si passa da grammi a …kilogrammi… la vera differenza in ambito sia fisico che soprattutto fisiologico ricade sulla variabile… atleta!

PS aggiungo interessante e “fresca” (ieri) breve considerazione/opinione sulle ruote da parte di un “pro in incognito”, LINK

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Dott. Massa Roberto