# Ingegneria di pneumatici, ruote e trasmissione · Triathlon, Livello 8: Esperto

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Ingegneria di pneumatici, ruote e trasmissione: 100 fatti, 10 test.

L'ingegneria di ciò che trasforma la potenza in velocità: resistenza al rotolamento in numeri, pressione e vibrazioni, costruzione e misure dei pneumatici, cerchi e forma del pneumatico, aerodinamica delle ruote, catene e lubrificazione, rapporti e rotelle del cambio, pedivelle e meccanica della pedalata, fisica della frenata e materiali del telaio.

## Test 1: La resistenza al rotolamento in numeri

- Il Crr è un rapporto adimensionale: la forza resistente è uguale al Crr per il carico normale (massa × g). (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Buoni copertoncini e pneumatici tubeless da corsa misurano intorno a 0,003-0,004 su tamburi e strade lisci. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- 0,004 × 80 × 9,81 × 11,1 m/s fa circa 35 W. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- 0,001 × 80 × 9,81 × 11,1 fa circa 8,7 W, ed è per questo che la scelta dei pneumatici conta tanto. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Poiché forza = Crr × carico, un ciclista e una bici più pesanti pagano una resistenza al rotolamento proporzionalmente maggiore. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La rugosità della superficie fa rimbalzare pneumatico e bici, aggiungendo perdite di energia che le prove su tamburo liscio non rilevano. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- L'isteresi della gomma in genere cala man mano che si scalda, quindi lo stesso pneumatico risulta più veloce nei test in una giornata calda. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- A 40 km/h la potenza aerodinamica è in genere di diverse centinaia di watt, contro poche decine per la resistenza al rotolamento. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La potenza aerodinamica cala con il cubo della velocità, mentre quella di rotolamento cala solo in modo lineare, quindi il rotolamento acquista peso alle basse velocità. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Un tamburo d'acciaio è liscio e curvo, quindi i valori assoluti differiscono da quelli su strada, anche se le classifiche dei pneumatici di solito reggono. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))

## Test 2: Pressione, impedenza e vibrazioni dei pneumatici

- Le vibrazioni trasmesse alla bici e al ciclista vengono dissipate sotto forma di calore nel corpo e nei componenti. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Sotto il punto di rottura una pressione maggiore riduce le perdite; sopra di esso, l'aumento delle perdite per vibrazione rende il pneumatico più lento su strada reale. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Il punto di rottura si abbassa man mano che le superfici diventano più ruvide, quindi la pressione più veloce cala. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- I tessuti molli smorzano le vibrazioni, trasformando energia meccanica in calore invece che in moto in avanti. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Frank Berto ha suggerito pressioni che fanno comprimere il pneumatico di circa il 15% della sua altezza sotto il peso del ciclista. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La deflessione dipende dal carico e dalla pressione, quindi più carico richiede più pressione per mantenere la stessa forma. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Un volume e una larghezza di contatto maggiori permettono a un pneumatico più largo di sostenere il carico con meno pressione e meno vibrazioni. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- In genere circa il 55-60% del carico grava sulla ruota posteriore, che quindi richiede un po' più di pressione. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Su una superficie molto liscia il punto di rottura è alto, quindi le perdite della carcassa continuano a calare al crescere della pressione. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La sensazione dura e vibrante di un pneumatico troppo gonfio viene spesso scambiata per velocità, mentre le perdite reali aumentano. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))

## Test 3: Costruzione e misure dei pneumatici

- Un TPI più alto di solito significa fili più sottili e una carcassa più morbida. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Le carcasse più sottili e flessibili si deformano con minori perdite per isteresi. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Gli strati di protezione irrigidiscono il pneumatico e aggiungono gomma, quindi in genere aumentano la resistenza al rotolamento. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- I codici ETRTO indicano la larghezza del pneumatico e poi il diametro della sede del tallone; 622 mm è la misura standard 700c da strada. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- La prima cifra è la larghezza nominale della sezione del pneumatico. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- La larghezza reale dipende dalla larghezza interna del cerchio; i cerchi larghi moderni spesso fanno misurare 27-28 mm a un pneumatico da 25 mm. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- I cerchi hookless sono limitati a 5 bar perché il pneumatico è trattenuto senza gancio. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- Solo i pneumatici progettati per talloni hookless tengono in sicurezza; gli altri possono uscire dalla sede e cedere. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- Mescole più morbide e a bassa isteresi possono rotolare meglio e aderire di più, ma si consumano prima. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- I pneumatici da bici da strada sono troppo stretti per fare aquaplaning alle velocità del ciclismo, quindi il battistrada aggiunge poca aderenza. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))

## Test 4: Larghezza del cerchio e forma del pneumatico

- Larghezze interne maggiori allargano i talloni, dando al pneumatico un profilo più largo e meno arrotondato. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- I progettisti di ruote hanno scoperto che la resistenza cresce quando il pneumatico è più largo del cerchio, quindi i cerchi si fanno leggermente più larghi dei pneumatici. (Fonte: Poertner, Zipp wheel design notes (anni 2010))
- Un pneumatico rigonfio interrompe la transizione fluida verso il cerchio, soprattutto con l'imbardata. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Un pneumatico più largo ha un'area frontale maggiore; adeguare la larghezza del cerchio ne limita la penalizzazione. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- La prova che i pneumatici più larghi rotolano bene ha portato a cerchi più larghi, per mantenere le forme di pneumatico e cerchio abbinate dal punto di vista aerodinamico. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Un pneumatico molto più largo del cerchio è sorretto male lateralmente e può rollare o ballare. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- Tenere il pneumatico entro il profilo esterno del cerchio aiuta il flusso d'aria a restare aderente lungo il cerchio. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Le tabelle ETRTO abbinano le larghezze interne dei cerchi a una gamma di larghezze di pneumatico compatibili. (Fonte: ETRTO Standards Manual (2023))
- Un pneumatico più largo del cerchio ne rovina il profilo previsto, facendo perdere parte del vantaggio aerodinamico. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- La ruota posteriore è in parte schermata dal telaio e dalle gambe, quindi quella anteriore incontra una parte maggiore del flusso indisturbato. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)

## Test 5: Aerodinamica e costruzione delle ruote

- Rispetto all'aria, la parte alta della ruota si muove a circa il doppio della velocità della bici, mentre il punto di contatto è fermo. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Poiché i raggi superiori si muovono veloci nell'aria, ridurne il numero e profilarli diminuisce la resistenza. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- I cerchi più alti rendono più fluido il flusso attorno alla ruota e con l'imbardata possono produrre una spinta in avanti simile a quella di una vela. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- La forza laterale su un disco anteriore crea una coppia sullo sterzo; al posteriore incide appena sullo sterzo. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Le ruote flessibili lateralmente possono sfregare sui pattini o sul telaio e dare una sensazione vaga in curva o negli sprint. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Una frenata prolungata scalda il cerchio; la resina del carbonio e i pneumatici sono sensibili alle alte temperature. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- A velocità costante in pianura, la massa influisce solo leggermente sulla resistenza al rotolamento. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Una tensione irregolare tira il cerchio lateralmente o radialmente, provocando oscillazioni. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Le classifiche possono invertirsi tra imbardata bassa e alta, quindi un singolo numero nasconde il comportamento reale. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Con forti raffiche di vento laterale, un profilo anteriore più basso limita gli effetti della forza laterale sullo sterzo, mentre un posteriore alto resta gestibile. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)

## Test 6: Attrito e lubrificazione della catena

- Prove di laboratorio hanno misurato rendimenti della trasmissione a catena fino a circa il 98,6%. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Il rendimento è aumentato con pignoni più grandi e una tensione della catena maggiore; la lubrificazione ha fatto poca differenza in condizioni di laboratorio pulite. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- In condizioni controllate e pulite, la lubrificazione ha avuto un effetto misurato scarso; lo sporco del mondo reale cambia il quadro. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- La contaminazione crea una pasta abrasiva nei rulli e nei perni, aumentando attrito e usura. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La cera a base di paraffina attira poco sporco e nei test presenta un attrito basso, anche se va riapplicata. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Le catene non si allungano; è l'usura ad allungare il passo, e circa lo 0,5% indica la sostituzione su molte trasmissioni. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Una catena allungata sale sui denti, accelerando l'usura di pignoni costosi. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Banchi di prova indipendenti azionano una catena a potenza e velocità prestabilite e ne misurano le perdite. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Un lubrificante veloce quando è pulito può funzionare male una volta contaminato, quindi i test in condizioni di sporco sono più realistici. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Una catena pulita e nuova con una buona lubrificazione recupera a basso costo i watt persi per sporco e usura. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))

## Test 7: Rapporti, linea della catena e rotelle del cambio

- Le combinazioni estreme inclinano molto la catena, aumentando attrito e usura. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- L'inclinazione della catena aumenta lo sfregamento tra le piastre e i denti dei pignoni. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Una minore articolazione delle maglie attorno a pulegge più grandi riduce l'attrito, in genere di un watt o due. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- 53/11 × circa 2,1 m di circonferenza fa circa 10,1 m per pedalata completa; 90 pedalate al minuto fanno circa 55 km/h. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Sviluppo metrico = rapporto × circonferenza della ruota, usato per confrontare i rapporti tra ruote di dimensioni diverse. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Una corona più grande permette di usare pignoni posteriori più grandi con una catena più dritta per lo stesso rapporto. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- I sistemi 1x semplificano la cambiata, ma distribuiscono la gamma con salti più ampi tra i rapporti. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Rapporti più agili permettono ai ciclisti di salire seduti a una cadenza e a una potenza sostenibili. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Pignoni più piccoli piegano di più ogni maglia a ogni ingranamento dei denti, aumentando le perdite. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Passare alla corona grande raddrizza la catena e usa pignoni più grandi, riducendo l'attrito. (Fonte: Spicer et al., J Mech Des 2001)

## Test 8: Lunghezza della pedivella e meccanica della pedalata

- Tra 120 e 220 mm la potenza massima è variata solo di pochi punti percentuali, con la cadenza ottimale che si adattava alla lunghezza della pedivella. (Fonte: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- Pedivelle più corte riducono la chiusura dell'anca in una posizione aerodinamica bassa, il che può favorire comfort e potenza. (Fonte: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- L'estensione della gamba nel punto più basso della pedalata resta simile solo se l'altezza della sella aumenta della variazione di lunghezza della pedivella. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La velocità del piede lungo la circonferenza dipende sia dai giri al minuto sia dal raggio della pedivella. (Fonte: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- Le rassegne rilevano effetti incoerenti su potenza ed efficienza; alcuni ciclisti le preferiscono. (Fonte: Leong, Elmer & Martin, J Appl Biomech 2017)
- Il Q-factor è la distanza laterale tra i pedali, che influisce sull'allineamento del ginocchio e sul comfort. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Uno stack più alto abbassa di fatto la sella rispetto al piede, quindi va tenuto in conto. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La potenza massima si ha a una velocità di pedalata simile, quindi una pedivella più corta sposta verso l'alto il numero di giri ottimale. (Fonte: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- Gli estensimetri misurano la coppia; moltiplicata per la velocità di rotazione, essa dà la potenza. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- I misuratori su un solo lato presuppongono che entrambe le gambe contribuiscano in modo uguale, il che non è vero per tutti. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))

## Test 9: La fisica della frenata

- Con un centro di massa alto, il trasferimento di peso fa sì che la ruota anteriore svolga la maggior parte della frenata finché la posteriore non si solleva. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La geometria limita le biciclette a circa mezzo g prima del ribaltamento in avanti, molto meno delle auto. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- La decelerazione trasferisce carico sull'anteriore, aumentandone l'aderenza mentre il posteriore si scarica. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- I dischi restano più puliti e il calore della frenata non raggiunge il cerchio e il pneumatico. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- L'attrito converte l'energia cinetica in calore, ed è per questo che le lunghe discese scaldano i freni. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- L'energia cinetica, e quindi lo spazio di arresto a una decelerazione fissa, cresce con v al quadrato. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Un pneumatico ha un'aderenza finita; usarla per frenare ne lascia meno per la curva: è il «cerchio di attrito». (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Pastiglie, dischi o liquido surriscaldati perdono attrito o pressione, riducendo la potenza frenante. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Frenare con decisione a intervalli permette ai componenti di raffreddarsi tra una frenata e l'altra e conserva l'aderenza per la curva. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Raggiungere le leve sul manubrio base richiede tempo, ed è per questo che i ciclisti passano al manubrio base nei tratti tecnici. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))

## Test 10: Ingegneria di telaio e componenti

- Le stratificazioni in materiale composito collocano le fibre dove corrono i carichi, dando un'elevata rigidità rispetto al peso e libertà di progettazione. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Il carbonio può fessurarsi internamente dopo un urto con pochi segni visibili. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Il carbonio è resistente nelle direzioni per cui è progettato, ma vulnerabile alle sollecitazioni di serraggio; una chiave dinamometrica previene i danni. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Nascondere i cavi riduce il disordine turbolento esposto attorno al manubrio e al tubo sterzo. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Integrare i vani portaoggetti nella forma del telaio evita la resistenza degli accessori posti nel flusso d'aria. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- I posizionamenti nella scia del ciclista o tra le braccia spesso nei test mostrano una variazione di resistenza minima o addirittura negativa. (Fonte: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Le leghe di alluminio sono economiche e più tolleranti agli urti, anche se più pesanti del carbonio a parità di rigidità. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Un telaio di misura sbagliata limita il modo in cui si possono disporre i punti di contatto. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Il titanio offre durata e resistenza alla corrosione con una guida confortevole, a un costo e a un peso maggiori rispetto al carbonio. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))
- Un danno nascosto può cedere all'improvviso, quindi è consigliabile un controllo o un'imaging da parte di uno specialista. (Fonte: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4ª ed., 2020))

Fonti: Letteratura scientifica sottoposta a revisione paritaria di ingegneria dello sport e fisiologia, con dati di test e standard pubblicati per i fatti consolidati

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