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
operatore sportivo, allenatore, preparatore atletico, coach
Laureato in Scienze Motorie – Sport & personal trainer
website: http://massarob.info
Zello group chats (mercoledì sera): LINK
FB page: http://www.facebook.com/massarob.info
Email: http://scr.im/massarob
Piu’ che “muovere” la ruota o la bici, avresti dovuto scrivere “accelerare” la ruota o la bici. Le formule che citi infatti hanno applicazione nel caso di accelerazione o decelerazione, mentre a velocita’ costante perdono interesse, dato che a vel. costante contano solo gli attriti, e avere una bici da 10 o 50 kg influenza solo l’attrito di rotolamento al suolo (se stiamo viaggiando in pianura).
Quindi il peso risparmiato e’ vantaggioso nei rilanci (ed in salita ovviamente), ed e’ tanto piu’ vantaggioso se risparmiato sugli organi rotanti piu’ che su quelli “fissi”, come giustamente facevi notare.
muovere infatti è stato virgolettato…
e, no, non esistono velocità perfettamente costanti, semplicemente analizzando un grafico m/s^2 si può notare che in qualsiasi circostanza vi siano sempre +/- rilevanti micro/macro accelerazioni/decelerazioni (tracciato azzurro)
link a maggior risoluzione= http://img534.imageshack.us/img534/9564/4nuu.png
Bisogna avere chiaro quali sono i vincoli e quali sono le variabili.
La forza, o meglio la potenza del ciclista è fissa, e serve a vincere l’inerzia delle masse (atleta, telaio, ruote ecc) e le forze resistenti (attriti, aria).
Un ciclista che ha la potenza per portare al massimo a 50km/h una bici da 10kg non riuscirà a portare alla stessa velocità una bici da 50kg.
Anche se venisse trainato a quella velocità, poi non sarebbe in grado di mantenerla.
Esiste una formula molto semplice, potenza = massa x velocità, chiaramente bisogna tenere conto delle masse rotanti, ma in prima approssimazione rende evidente che, essendo la potenza fissa, esiste un legame tra massa e velocità.
azz sono arrugginito, potenza = forza per velocità
Vabé dai, forza = massa x accelerazione, quindi la formula non era poi tanto di fuori e le due grandezze sono comunque legate.
Correggetemi se sbaglio, ok il discorso peso su accelerazione e decelerazione
basta guardare le super car, più leggere, minor tempo in accelerazione, e minor
spazio di frenata anche a 300km/h.
Mentre mi pare di aver capito da quello che dice il prof. in incognito, che sui rettilinei
meglio un profilo basso 25mm mentre se ci sono molte curve o salite le lightweight
sono su un altro livello. Allora il discorso alto profilo = risparmio watt, meno
vortici fra i raggi, velocita superiori di circa 6/8 km/h non è vero. credo di
avere un po’ di confusione in merito. Sta di fatto che io in gruppo
o con corima winium o con lightweight std 3G nei rilanci di velocità più di 48 km/h
non vado. Booooooooooooo
i 25mm a cui fa riferimento il “prof in incognito” sono riferiti alla larghezza e non all’altezza del profilo cerchio…
“The Zipp Firecrests or any wide-profile (i.e. 25mm) wheel seem to be the fastest wheel if you’re travelling in the straight line, but forget it if you’re going around lots of corners.”
Semplicemente fa un paragone tra prodotti che ha utilizzato e ribadisce quanto sopra scritto nel mio articolo. Ad ogni modo è una sua singola e personale opinione.
Sul concetto ruota x contro ruota y che non mi permette di superare z velocità, rivedi l’ultima parte del mio articolo.
Ciao Roberto. Per cui un Powertap è meno performante di un qualsiasi altro misuratore di potenza, essendo un peso aggiuntivo posizionato sulla ruota? Grazie.
la massa di un PT è posizionata sul mozzo e quindi, come scritto, questo aggravio di peso, pur presente, ha meno influenza sull’inerzia (relativa alla ruota).
Lo stesso principio si applica per i misuratori installati nello/al posto dello spider guarnitura poiché anche questi ruotano attorno ad un asse, anche se in questo caso con velocità angolari più circoscritte.
Ovviamente se l’aggravio di peso è superiore ad altro misuratore l’aggravio assoluto (= peso totale) va considerato.
Omioddio…
il magnete del mio comuputerino è una massa eccentrica!!!
E per di più è asimmetrica!!!
Chissà quanti milioni di chilometri all’ora mi ha fatto perdere fino ad oggi!
…domani lo levo! 😀
Roby per cui meglio avere tre etti in più nel mozzo che nei raggi o nel cerchio? Giusto? Grazie.
Quindi in definitiva L’arma migliore è un ottima forma fisica, il resto e di contorno.
Grazie.
un’ottima e/o costosa componentistica non può sostituirsi e/o compensare l’atleta, questo è evidente.
Ho un esempio che calza a pennello (il mio):
domenica scorsa ho affrontato una salita che ben conoscevo…..tempo medio fino allo scorso autunno 15 minuti…..ora a parità di mezzo, ma con 10 Kg in meno (106——-96 Kg….un fuscello !!) e un buon allenamento invernale ho impiegato quasi 3 minuti in meno.
Molto interessante, ma secondo me c’è un piccolo errore, la riduzione del peso sulle ruote equivale a 2 volte la stessa massa tolta sul telaio e non 4. Infatti se tolgo 100 g su ogni ruota equivale a 400 g tolti dal telaio, come giustamente esprime la relazione sopra, ma in realtà io ho tolto 200 g in totale ( 100 per ogni ruota ), quindi il rapporto è di 2. Tempo fa avevo fatto un conto un po’ più accurato considerando l’inerzia di tutti i componenti della ruota (cerchio, mozzo, raggi) e avevo trovato un rapporto di circa 1.6 tra peso tolto dal telaio o dalle ruote; per cui direi che più o meno i valori tornano. Un’altra considerazione interessante è che la riduzione di peso è tanto più redditizia quanto più l’atleta è leggero, perché il termine principale di inerzia è proprio la massa dell’atleta; secondo una mia stima le ruote sono circa l’1% dell’inerzia totale, per cui anche dimezzando la loro inerzia i vantaggi sarebbero trascurabili.
ps: sul grafico con le accelerazioni non c’è la scala (o sono io che non la vedo?), sarebbe utile per capirne l’entità.
-4:1 come rapporto relativo (tra componenti) e non assoluto
– W/Kg dell’atleta E’ il VERO termine di riferimento, entrambe i parametri fanno riferimento all’atleta che nel sistema bici+atleta rappresenta l’elemento più rilevante, ma questo non era in sé il tema né il titolo dell’articolo…
– la scala e valori m/s^2 -ancora sperimentale in GC- appare con scroll mouse sul tracciato= non viene catturata con cattura schermo
Un kg di peso di calo sulla bilancia quanto “pesa” in termini di rendimento rispetto ad un kg di massa grassa se si è comunque lontani dal peso forma? Intendo dire che uno passa es da bmi 25 a 22 mettendosi a dieta perderà sia massa grassa che probabilmente massa magra, ma questo perdita di peso è comunque abbastanza vantaggiosa o è doverosa farla facendo attenzione, quindi con calo selettivo dato da esami e consigli del nutrizionista, alla sola massa grassa?
Bisognerebbe misurare quanti watts si perdono con quel kg di massa magra persa…quanto di quel kg di muscolo perso sia localizzato sui gruppi maggiormente coinvolti… e penso incida anche la tipologia di allenamento, se si stimolano maggiormente le fibre bianche che sono più soggette all’ipertrofia rispetto alle rosse…etc…
Ad ogni modo se si è lontani dal peso forma l’obbiettivo è sgrassarsi con metodo e rispettando i tempi fisiologici per minimizzare la perdita di massa magra…credo la tua domanda abbia senso per chi abbia raggiunto il peso forma e voglia provare (a parità di allenamento) ad osservare la risposta del proprio fisico leggermente sotto o sopra tale valore..
@sunboy
domanda lecita infatti il valore ancora più preciso nel definire una performance è
la normalizzazione di W su massa magra
…e della “conservazione dell’energia meccanica nelle rotazioni” che mi dite?
Roberto, potrebbe portare un reale vantaggio prestazionale un ottimo equipaggiamento tecnico (vestiario)?
Chiedo questo in merito alla tua considerazione sul dispendio energetico sotto forma di calore.
molta ricerca è orientata su questo aspetto, il tutto bilanciato però anche su altri aspetti quali aerodinamica (così come il peso del ciclista nel sistema bici+atleta anche in questo caos l’atleta contribuisce all’ 85-90% come fattore) e peso.
Immaginando un triangolo con ai vertici questi 3 elementi da ottimizzare contemporaneamente lo scopo è quello di fornire un capo che permetta la maggior traspirazione, riducendo al minimo il peso ma mantenendo ottimale l’impatto aerodinamico, nel possibile migliorandolo rispetto ad un campo più “tradizionale”. Se il peso non è un particolare problema da raggiungere, gli altri 2 elementi possono essere in conflitto.
…E quanto dovrebbe invece incidere in un contesto granfondo l’ altezza del profilo? A parte abbellire il mezzo 😀 cambia sensibilmente la performance da una 50mm ad una 25mm di profilo in una GF/MF
…O come al solito molto marketing e poca (non nulla) differenza soprattutto per le velocità in gioco per un non pro?
…Personalmente credi conti di più il peso soprattutto periferico rispetto al profilo per la prestazione di tutto ciò che non è una crono piatta… Però lo dico da ignorante… 😉