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Aerodinamica in bicicletta, come andare più veloce

Bikelife, Tecnica • di

Fendere l’aria come lamine è l’obiettivo di molti ciclisti, per pedalare con un’elevata efficienza meccanica e assumere una posizione che consenta di ridurre al minimo l’attrito con l’aria attorno. Per farlo entra in gioco un aspetto davvero importante del ciclismo: l’aerodinamica. Intorno a questa parola circolano numerose leggende e verità poco chiare, per cui con questo articolo cercheremo di fare luce su cosa sia l’aerodinamica in bicicletta e quali fattori intervengono nel rapporto tra il ciclista e l’aria che lo circonda.

L’aerodinamica nel ciclismo

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Con il termine abusato di “aerodinamica” s’intende un settore della fluodinamica, ovvero la scienza che studia il movimento dei fluidi. Nell’aerodinamica si studia il comportamento dell’aria e la sua iterazione con i corpi solidi in diverse situazioni (movimento, riposo, pressioni e velocità variabili). Lo scopo dell’aerodinamica in bicicletta è valutare il comportamento dell’aria quando interagisce con un corpo solido (in questo caso il ciclista e la sua bicicletta) e quali riflessi abbia sull’efficienza di pedalata, sulla velocità di percorrenza e sul consumo di energia.

In pratica, mentre pedaliamo, l’aria intorno agisce su di noi applicando delle forze che vengono dette “forze aerodinamiche” e che hanno diversi influssi. Conoscere la direzione e il comportamento di queste forze consente di attuare delle risposte per far sì che le stesse forze agiscano a nostro favore.
La prima forza che incontriamo quando pedaliamo è la resistenza dell’aria, cioè una forza che agisce su di noi con verso contrario a quella del nostro moto. Questa forza, detta anche attrito aerodinamico, ha la capacità di ridurre la nostra velocità, costringendoci a pedalare a un ritmo maggiore per mantenere la stessa andatura, con un maggior consumo di energia.

Aerodinamica_4La resistenza dell’aria è determinata sia dalla nostra velocità ma anche dalla densità stessa. Infatti a livello del mare la densità dell’aria è maggiore rispetto alle elevate altitudini, dove invece si presenta più rarefatta e quindi offre una minor resistenza (capite perché tutti i record dell’ora vengono tentati in Messico?). Questo ci fa capire che la resistenza dell’aria cresce all’aumentare della velocità di percorrenza. Quindi la resistenza dell’aria (e tutti i teoremi aerodinamici) hanno modo di esistere solo quando noi pedaliamo in piano o in discesa e spariscono letteralmente quando la pendenza superà il 2%. Con una pendenza del genere l’efficienza di pedalata si abbatte e la resistenza dell’aria non influisce più di tanto sulla nostra capacità di progressione. In salita infatti la forza da vincere è quella di gravità, che tende a portarci a sé in modo sempre più vistoso all’aumentare della pendenza. Per cui se qualcuno vi parlerà di assetto aerodinamico in salita, saprete rispondere a tono.

Ora facciamo un passo indietro: abbiamo detto che la resistenza dell’aria è data dal suo interagire con un corpo solido. Da questo teorema possiamo quindi dedurre che maggiore è il contatto tra aria e ciclista, maggiore saranno le forze in gioco. Si tratta di un aspetto fondamentale nello studio dell’aerodinamica applicata al ciclismo, poiché diminuendo l’area frontale d’impatto con l’aria, ne ridurremo la resistenza. Per area frontale s’intende lo spazio occupato frontalmente dal ciclista: più saremo eretti, maggiore sarà lo spazio occupata e quindi più elevata l’iterazione con l’aria e la sua resistenza. Uno dei fattori più importanti è quindi determinato dallo spazio che noi occupiamo quando pedaliamo.

Un altro aspetto che agisce sul ciclista è la turbolenza dell’aria: quando questa impatta contro il corpo solido formato dalla bicicletta e dal ciclista, si creano delle correnti definite turbolenze, che inficiano sul rendimento. Questo concetto è molto importante poiché determina infatti la capacità aerodinamica del ciclista stesso. La bicicletta entra in contatto con l’aria in tre diverse direzioni, che creano delle forze che agiscono sul sistema “uomo-mezzo meccanico”. Queste forze, al momento dell’impatto, possono cambiare direzione o potenza, creando quindi le turbolenze. Le più importanti sono quelle che si creano intorno alle ruote e dietro la nuca del ciclista. Le ruote infatti sono investite dall’aria sia frontalmente che lateralmente e devono offrire una resistenza idonea. La stessa cosa avviene dietro la nuca del ciclista: l’aria impatta frontalmente contro il caschetto, fluisce lungo lo stesso e si accumula dietro la nuca, cambiando verso.

La turbolenza che si crea dietro la nuca dà vita a un effetto definito Venturi (dal nome del fisico che lo ha studiato). Si tratta di un paradosso idrodinamico, ovvero in alcuni casi la pressione di una corrente fluida (in questo caso l’aria) aumenta nonostante la diminuzione della sua velocità. Possono apparire aspetti tecnici ma sono molto importanti per capire i paragrafi successivi: in pratica l’aria impattando contro il caschetto diminuisce la sua velocità ma aumenta la sua forza resistente, perché s’innesca l’effetto Venturi e quindi si ha una diminuzione dell’efficienza di pedalata nonostante non vi siano variazioni della nostra velocità o della densità dell’aria. Quindi l’unico modo per evitare la formazione delle turbolenze è utilizzare degli accorgimenti per far fluire l’aria senza che vi sia variazione della sua velocità, in modo da mantenere costante la pressione esercitata.

Calcolare la nostra aerodinamicità

È possibile sapere quanto siamo “aerodinamici” in un determinato contesto? Teoricamente sì, utilizzando un formula matematica. Sono ovviamente aspetti che hanno un impatto a livello progettuale o biomeccanico poiché raramente ci troveremo a dover calcolare la nostra capacità di fendere l’aria.

La formula matematica per il calcolo dell’efficienza aerodinamica (detta CX) è la seguente:

Cx = 1/2p * V2 *S * Cd

Dove:
• p: è la densità dell’aria che dipende dall’altitudine, dalla temperatura e del grado di umidità;
• V: è la velocità di percorrenza elevata al quadrato;
• S: è la nostra area frontale, ovvero la superficie occupata dal nostro corpo e che impatta direttamente con l’aria;
• Cd: è un coefficiente aerodinamico che si stabilisce sulla base della forma, della rugosità e dei materiali del ciclista e del telaio;

I fattori che ci rendono “aerodinamici”

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Passiamo dalla mera teoria alla pratica: cosa dobbiamo fare per essere “aerodinamici”? Ecco una serie di accorgimenti utili per aumentare la nostra efficienza:

Aerodinamica_9Ridurre la superficie frontale: il primo e più importante aspetto da considerare è la porzione del nostro corpo che lasciamo “scoperta”, cioè che facciamo iteragire con l’aria. Minore è la superficie che impatta con l’aria, migliore sarà la nostra efficienza aerodinamica. Per questo è bene assumere un assetto più curvo sulla bici, che consenta di limitare l’area frontale e che quindi limiti l’iterazione con l’aria. Per farlo si deve assumere una posizione considerata aerodinamica, che racconteremo in un articolo dedicato. A titolo di esempio facciamo questo confronto: pedalando in bici da corsa con le mani sui paramani, la nostra superficie frontale è di circa 68cm quadrati. Spostando le mani sulla parte inferiore della piega e abbassando il capo, la nostra sezione frontale arriverebbe a 43 cm quadrati, quasi il 35% in meno;

Indossare capi attillati: i vantaggi dall’assunzione di una posizione aerodinamica possono essere completamente annullati dall’utilizzo di capi ampi e svolazzanti, che offrono un’incredibile resistenza all’aria. Per aumentare la nostra capacità aerodinamica dobbiamo infatti fare in modo che l’aria stessa fluisca attorno al nostro corpo ed evacui senza creare turbolenze ed effetti Venturi indesiderati. I capi devono quindi aderire al corpo e non offrire punti d’impatto con l’aria che arriva frontalmente;

Utilizzare caschetti idonei: i caschetti pensati per le cronometro o per le sfide in velodromo hanno forme affusolate e proseguono ben oltre la nuca. In questo modo l’aria che vi impatta fluisce seguendo la curva dell’elmetto e si disperde oltre la schiena del ciclista. Così facendo la velocità dell’aria non varia e si evita la formazione del famigerato effetto Venturi che fa aumentare la pressione dell’aria dietro la nuca;

Utilizzare biciclette con conformazioni specifiche: le biciclette per le discipline veloci come le prove a cronometro, il time trial o i record dell’ora presentano telai affusolati, ruote letincolari e manubri particolari (solitamente con appendici) che consentono di limitare la creazione di turbolenze e lo stazionamento dell’aria. Essendo però molto rigidi e specifici, si tratta di prodotti di nicchia, che vanno bene se si vuole correre una cronometro ma che difficilmente si adatterebbero a una granfondo;
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Dai punti precedente deduciamo una cosa importante: i maggiori responsabili della nostra “aerodinamicità” siamo noi stessi. Spesso le pubblicità delle case produttrici spingono un prodotto, definendolo “il più aerodinamico” e così veniamo bombardati da promozione di telai aerodinamici, manubri aerodinamici, ruote aerodinamiche. Si tratta di componenti utili a migliorare la nostra efficienza ma bisogna sempre tenere a mente che l’80% dell’efficienza stessa dipende solo ed esclusivamente dalla nostra posizione in sella. Per questo, se volete essere davvero “aerodinamici”, per prima cosa dovrete effettuare un posizionamento in sella che renda possibile la riduzione della superficie frontale. Purtroppo la posizione in sella di tipo aerodinamico è tra le più logoranti e meno sostenibili e per questo vi dedicheremo un articolo specifico. Il passo successivo è la scelta di abiti funzionali, che siano attillati e offrano poca resistenza all’aria. Infine verrà la scelta e l’utilizzo di componenti aerodinamici che, è bene ripeterlo, nonostante i costi davvero elevati influiscono sulla vostra efficienza solo per il 20% del totale.

Concludendo

L’aerodinamica applicata al ciclismo è una scienza entusiasmante, che prende il rapporto tra uomo e il suo mezzo meccanico e lo inserisce in un contesto esterno e valuta l’iterazione con l’atmosfera. Si tratta di una branca molto tecnica, dove vengono applicate tecnologie avanzate, studi approfonditi, formule matematiche complesse, test di laboratorio e analisi nelle gallerie del vento. L’obiettivo è sempre lo stesso: aumentare il rendimento del ciclista diminuendone lo sforzo applicato, consentendo di andare più veloci senza fare più fatica. E’ l’estremizzazione del concetto “corsaiolo” del ciclismo e la mia domanda è: quanto siete disposti a spendere per essere più “aerodinamici”? Siete sicuri che sia la scelta giusta per voi?

Corsi

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