05/11/2012
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05/11/2012

A qualcuno sarà capitato e probabilmente se lo ricorda con orrore, altri ne hanno sentito parlare o lo hanno solo visto: la bicicletta ad una certa velocità comincia ad oscillare vistosamente, in particolare manubrio e ruota anteriore, fino quasi a perdere il controllo o perderlo proprio con conseguente caduta (abbastanza raro per fortuna).

Questo fenomeno spesso viene chiamato “risonanza” o shimmy. In realtà le cose vanno un po’ distinte. In inglese si chiama propriamente  wobble l’oscillazione della parte anteriore (ruota, forcella, manubrio) attorno allo sterzo ad una certa velocità.

Per le motociclette si conosce anche con buona approssimazione la frequenza a cui si innesca questo fenomeno: da 4Hz per le moto più pesanti fino ai 10Hz per quelle più leggere.

In generale vale la regola che la frequenza di wobble cresce al crescere del trail ed al decrescere dell’inerzia dell’avantreno, ed è determinata (per le moto soprattutto) in gran parte dalla rigidità della carcassa del pneumatico anteriore e dalla flessibilità laterale della forcella.

Nelle biciclette questo effetto è dovuto invece in gran parte alla combinazione di angolo di sterzo, rake forcella e momento di inerzia del tubo diagonale e  di quello orizzontale.

Questo effetto puo’ facilmente verificarsi a medio-bassa velocità togliendo le mani dal manubrio, lasciando come unici punti di contatto tra bici e ciclista la sella ed i pedali, togliendo la funzione ammortizzante di mani e braccia. Questo fenomeno ovviamente è molto temuto in discesa, soprattutto se inaspettato, dato che la prima reazione spontanea da parte del ciclista è quella di irrigidirsi e stringere più forte il manubrio. Questa reazione pero’ porta ad incrementare l’effetto invece che smorzarlo.

Più in dettaglio, ma senza entrare nelle descrizioni matematiche di questo effetto (che quasi sempre si combina con altri), lo shimmy avviene in discesa solo a certe velocità poiché è causato dagli effetti giroscopici (nutazione) della ruota anteriore che raggiunta una velocità critica somma la frequenza di nutazione a quella propria del sistema bici+ciclista amplificandola o sostenendola. Cosa difficilmente correggibile poiché dipendente per l’appunto dalla geometria ed elasticità del telaio. A parità di altri fattori, più lunghi sono i telai e più alta è la sella (baricentro alto) più è facile che si inneschi lo shimmy (telai grandi). Questo effetto infatti si puo’ comprendere meglio pensando al telaio ed al ciclista seduto come ad una molla ed una massa che oscilla. Uno dei modi per fermare l’oscillazione quando comincia a crescere in ampiezza (e diventare incontrollabile) è quello di alzarsi dalla sella (non mettendosi in piedi) o di serrare il tubo orizzontale tra le ginocchia.

Oscillazione nociva che difatti raramente si innesca su strade con fondo rovinato, ma perlopiù su strade con fondo liscio.

Riassumendo, questo effetto si ha perlopiù con la combinazione di telai molto leggeri rispetto il ciclista, o perlomeno a parità di peso di bici si avrà un innesco delle vibrazioni a velocità più alte con il ciclista più leggero. Telai poco rigidi all’avantreno o con avantreni (forcella+ruota) molto leggeri e maggiore la distanza del baricentro del sistema bici+ciclista dall’asse della ruota posteriore.

Poi ci possono essere anche altre variabili che concorrono all’innesco delle oscillazioni, variabili che vanno da un disallineamento degli steli della forcella, ad un’usura non uniforme del pneumatico anteriore, alla serie sterzo non ben serrata, etc..

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I rimedi possono essere ovviamente andare a verificare tutte queste variabili, o nel caso di telai molto grandi o molto leggeri se sia il caso di montarli con una ruota/pneumatico anteriore più pesante o se la geometria sia adatta.

In generale come regola per contrastare il fenomeno una volta che si presenta: non irrigidirsi, frenare delicatamente con l’anteriore e serrare con le gambe il tubo orizzontale.

Nel caso di bici più “anziane” magari montate con pneumatici di sezione generosa puo’ essere utile montare serie sterzo ad aghi invece che cuscinetti.

 

Bibliografia:

-Cossalter V., Motorcycle Dynamics, 2006

-Wilson D. G.; Papadopoulos J., Bicycling Science, The MIT Press, 2004, pp. 263–390
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