Prima di tutto è necessaria una premessa tecnica per spiegare le basi del comportamento dinamico della bicicletta dal punto di vista dello sterzo.
Una bicicletta in movimento continua a farlo solo quando tutte le forze che su di essa agiscono sono in equilibrio, e questo in qualunque momento e condizione a meno che non si voglia finire per terra. Lo sterzo serve proprio a bilanciare le forze che agiscono sulla bici, consentendo di cambiare traiettoria e di ristabilirla, rispettivamente nel caso di una manovra voluta o del recupero di una perturbazione esterna. Lo sterzo fa girare la bici, ma perchè la manovra riesca (vale a dire, perchè le forze rimangano in equilibrio tra loro) occorre che la bici si inclini verso l'interno della curva: questo perchè l'inerzia tende a proiettare il corpo del biker verso l'esterno compromettendo l'equilibrio, e inclinazione (la "piega") riporta il baricentro in una posizione compatibile con il bilanciamento delle forze. Inclinazione della bici e angolo di sterzata sono sempre presenti allo stesso tempo, se ci si inclina senza girare lo sterzo si cadrebbe all' interno, se si gira lo sterzo senza piegare si cadrebbe all'esterno.
E' importante fare presentare anche alcune definizioni geometriche, se non altro per fare un po' di chiarezza sui nomi.
Il passo o interasse è la distanza tra i punti di contatto delle due ruote a terra.
L'angolo di sterzo è per convenzione l'angolo formato dall'asse su cui gira lo sterzo e l'orizzontale, misurato in gradi.
L' avanzamento (o rake, o offset) è la distanza dall' asse di sterzo all'asse di rotazione della ruota anteriore.
Infine, l' avancorsa (o trail) è la distanza, misurata sull' orizzontale, tra la perpendicolare che passa dall'asse di rotazione della ruota e il prolungamento dell'asse di sterzo. Sembra complicato, ma il disegno (tratto da Wikipedia) è in grado di chiarire il concetto. Per convenzione, se l'avancorsa si estende nella direzione del moto si considera positiva e viceversa.
A questo punto possiamo provare a definire la stabilità.
La stabilità è la tendenza della bicicletta a rimanere (o più precisamente, a tornare) sulla propria traiettoria. La maneggevolezza è l'esatto contrario, vale a dire la facilità nel cambiare traiettoria. Queste due caratteristiche sono inversamente proporzionali tra di loro, e si manifestano sia in conseguenza degli input del pilota che delle sollecitazioni esterne. Quindi, una bici molto stabile sarà poco maneggevole, cioè ci vorrà un input di sterzo maggiore o un'asperità più grossa per fargli cambiare traiettoria; viceversa una bici molto maneggevole cambierà facilmente traiettoria, sia quando lo si vuole che quando si prende una irregolarità del terreno.
La stabilità è influenzata principalmente da due parametri: quello che ha la maggiore influenza è l'avancorsa seguito dal passo.
Tanto più l'avancorsa è positiva (lunga), tanto più la ruota è "costretta" a seguire l'asse di sterzo, vale a dire la traiettoria del veicolo è stabile. Una prova empirica abbastanza immediata è rappresentata dal fatto che è possibile spingere una bici in avanti senza toccarne il manubrio (per esempio, spingendola dalla sella), mentre è impossibile tirarla all' indietro: in questo caso la ruota si impunta cercando di girare di 180°, cercando di trasformare un'avancorsa negativa in positiva.
L'altro parametro è il passo: un telaio più lungo comporta a parità di input di sterzo un'inclinazione minore della bici intera e quindi una azione di sterzata minore, un telaio più corto un'inclinazione maggiore ed una curva maggiore.
I due parametri possono (e devono)essere considerati anche in relazione tra loro: a parità di passo una bici con minore avancorsa sarà meno stabile, a parità di avancorsa la bici con più passo sarà più stabile.
Concentriamoci per un momento sull' avancorsa: come ben si capisce dal disegno tale misura dipende dalla combinazione di due diversi parametri: l'angolo di sterzo e l'avanzamento della forcella.
Un angolo di sterzo maggiore (sterzo più verticale) avvicina l'intersezione dell'asse di sterzo al punto di contatto della ruota diminuendo l'avancorsa; viceversa un angolo di sterzo minore aumenta l'avancorsa. L'aumento dell'avanzamento della forcella fa avvicinare il punto di contatto della ruota a terra alla proiezione dell' asse sterzo, quindi fa diminuire l'avancorsa, un avanzamento minore al contrario fa aumentare l'avancorsa.
Dal punto di vista puramente geometrico, l'avancorsa si calcola moltiplicando il raggio della ruota per il coseno dell' angolo di sterzo, sottraendo l'offset e dividendo il tutto per il seno dell'angolo id sterzo.
Queste sono le basi, veniamo ai numeri. Nel file Excel al foglio "avancorsa" ci sono le misure di due coppie di bici, due front e due full.
Partiamo dalle front, una Specialized Stumpjumper HT da 26 ed due configurazioni di una Niner EMD9 in taglie equivalenti. La SJ, che è dotata di una Fox F90, ha un'avancorsa di 7.2 cm; la EMD con la Reba modello 2007-2008 settata a 90mm ha un'avancorsa di 7.6 cm, vale a dire dell' 5.5% maggiore a fronte di un passo superiore del 1,7%; se paragoniamo l'avancorsa al passo avremo valori rispettivamente del 6.8 e 7.0 %. E quindi abbastanza prevedere che la EMD9 sarà leggermente più stabile della SJ.
Vediamo cosa accade se al posto della Reba 07-08 montiamo un modello 2009 con avanzamento da 45 mm: il passo aumenta a 109,1 cm (+2.4%) ma l'avancorsa diminuisce a 7,0 cm vale a dire inferiore del 4% a quello della SJ, e la percentuale dell'avancorsa sul passo scende al 6,4%. In questa configurazione la EMD9 avrà un livello di stabilità equivalente o leggermente inferiore alla SJ.
Altra coppia di bici, stavolta full: una Stumpjumper FSR ed una RIP9. In questo caso la full SJ ha un' avancorsa di 8,6, mentre la RIP9 di 7,7 vale a dire ben il 10% in meno a parità sostanziale di passo: qui non ci sono dubbi e la RIP9 è sicuramente più maneggevole della SJ.
La mia conclusione è che il diametro delle ruote non ha influenza sulla coppia di parametri maneggevolezza/stabilità: si possono costruire bici da 26 stabili e bici da 29 instabili, giocando appunto sui parametri geometrici quali angolo di sterzo, offset e passo della bici.
Un caso specifico: lo stretto
La capacità di girare nello stretto è legata invece principalmente al passo ed in misura minore all'avancorsa. Al passo perchè è quello che definisce il raggio minimo di sterzata, per cui una bici più lunga avrà un raggio di sterzata minimo maggiore; all'avancorsa perchè una bici più instabile richiederà un input minore specie alle basse velocità in cui ci si trova nello stretto.
L'interasse è in teoria il raggio minimo di curva della bici: in teoria, perchè corrisponde ad un angolo di sterzata di 90° che chiunque vada in bici sa che è impossibile da un punto di vista pratico prima ancora che dinamico. In realtà le due ruote percorrono due archi di cerchio di raggio diverso: maggiore quello della ruota anteriore e minore quello della ruota posteriore. L'intersezione degli assi delle due ruote rappresenta il centro delle due traiettorie, e si può qundi calcolare quale sia il raggio si sterzata in funzione dei diversi angoli di sterzata. (spiegazione geometrica: il passo e i prolungamenti dei due assi formano un triangolo rettangolo, dove uno dei cateti (il passo) e uguale all' ipotenusa (il raggio di sterzata) moltiplicato per il seno dell'angolo opposto, e quindi la lunghezza che cerchiamo è uguale al passo diviso il seno dell'angolo di sterzata)
I risultati sono nel foglio "raggio di sterzata": tra le due full praticamente non c'è alcuna differenza, tra le due front c'è una differenza del 2,4% a sfavore della 29er, che per un angolo di sterzata di 45°, tipico di un tornante stretto, significano una traiettoria più larga di 3,7 cm.
Una bicicletta in movimento continua a farlo solo quando tutte le forze che su di essa agiscono sono in equilibrio, e questo in qualunque momento e condizione a meno che non si voglia finire per terra. Lo sterzo serve proprio a bilanciare le forze che agiscono sulla bici, consentendo di cambiare traiettoria e di ristabilirla, rispettivamente nel caso di una manovra voluta o del recupero di una perturbazione esterna. Lo sterzo fa girare la bici, ma perchè la manovra riesca (vale a dire, perchè le forze rimangano in equilibrio tra loro) occorre che la bici si inclini verso l'interno della curva: questo perchè l'inerzia tende a proiettare il corpo del biker verso l'esterno compromettendo l'equilibrio, e inclinazione (la "piega") riporta il baricentro in una posizione compatibile con il bilanciamento delle forze. Inclinazione della bici e angolo di sterzata sono sempre presenti allo stesso tempo, se ci si inclina senza girare lo sterzo si cadrebbe all' interno, se si gira lo sterzo senza piegare si cadrebbe all'esterno.
E' importante fare presentare anche alcune definizioni geometriche, se non altro per fare un po' di chiarezza sui nomi.
Il passo o interasse è la distanza tra i punti di contatto delle due ruote a terra.
L'angolo di sterzo è per convenzione l'angolo formato dall'asse su cui gira lo sterzo e l'orizzontale, misurato in gradi.
L' avanzamento (o rake, o offset) è la distanza dall' asse di sterzo all'asse di rotazione della ruota anteriore.
Infine, l' avancorsa (o trail) è la distanza, misurata sull' orizzontale, tra la perpendicolare che passa dall'asse di rotazione della ruota e il prolungamento dell'asse di sterzo. Sembra complicato, ma il disegno (tratto da Wikipedia) è in grado di chiarire il concetto. Per convenzione, se l'avancorsa si estende nella direzione del moto si considera positiva e viceversa.
A questo punto possiamo provare a definire la stabilità.
La stabilità è la tendenza della bicicletta a rimanere (o più precisamente, a tornare) sulla propria traiettoria. La maneggevolezza è l'esatto contrario, vale a dire la facilità nel cambiare traiettoria. Queste due caratteristiche sono inversamente proporzionali tra di loro, e si manifestano sia in conseguenza degli input del pilota che delle sollecitazioni esterne. Quindi, una bici molto stabile sarà poco maneggevole, cioè ci vorrà un input di sterzo maggiore o un'asperità più grossa per fargli cambiare traiettoria; viceversa una bici molto maneggevole cambierà facilmente traiettoria, sia quando lo si vuole che quando si prende una irregolarità del terreno.
La stabilità è influenzata principalmente da due parametri: quello che ha la maggiore influenza è l'avancorsa seguito dal passo.
Tanto più l'avancorsa è positiva (lunga), tanto più la ruota è "costretta" a seguire l'asse di sterzo, vale a dire la traiettoria del veicolo è stabile. Una prova empirica abbastanza immediata è rappresentata dal fatto che è possibile spingere una bici in avanti senza toccarne il manubrio (per esempio, spingendola dalla sella), mentre è impossibile tirarla all' indietro: in questo caso la ruota si impunta cercando di girare di 180°, cercando di trasformare un'avancorsa negativa in positiva.
L'altro parametro è il passo: un telaio più lungo comporta a parità di input di sterzo un'inclinazione minore della bici intera e quindi una azione di sterzata minore, un telaio più corto un'inclinazione maggiore ed una curva maggiore.
I due parametri possono (e devono)essere considerati anche in relazione tra loro: a parità di passo una bici con minore avancorsa sarà meno stabile, a parità di avancorsa la bici con più passo sarà più stabile.
Concentriamoci per un momento sull' avancorsa: come ben si capisce dal disegno tale misura dipende dalla combinazione di due diversi parametri: l'angolo di sterzo e l'avanzamento della forcella.
Un angolo di sterzo maggiore (sterzo più verticale) avvicina l'intersezione dell'asse di sterzo al punto di contatto della ruota diminuendo l'avancorsa; viceversa un angolo di sterzo minore aumenta l'avancorsa. L'aumento dell'avanzamento della forcella fa avvicinare il punto di contatto della ruota a terra alla proiezione dell' asse sterzo, quindi fa diminuire l'avancorsa, un avanzamento minore al contrario fa aumentare l'avancorsa.
Dal punto di vista puramente geometrico, l'avancorsa si calcola moltiplicando il raggio della ruota per il coseno dell' angolo di sterzo, sottraendo l'offset e dividendo il tutto per il seno dell'angolo id sterzo.
Queste sono le basi, veniamo ai numeri. Nel file Excel al foglio "avancorsa" ci sono le misure di due coppie di bici, due front e due full.
Partiamo dalle front, una Specialized Stumpjumper HT da 26 ed due configurazioni di una Niner EMD9 in taglie equivalenti. La SJ, che è dotata di una Fox F90, ha un'avancorsa di 7.2 cm; la EMD con la Reba modello 2007-2008 settata a 90mm ha un'avancorsa di 7.6 cm, vale a dire dell' 5.5% maggiore a fronte di un passo superiore del 1,7%; se paragoniamo l'avancorsa al passo avremo valori rispettivamente del 6.8 e 7.0 %. E quindi abbastanza prevedere che la EMD9 sarà leggermente più stabile della SJ.
Vediamo cosa accade se al posto della Reba 07-08 montiamo un modello 2009 con avanzamento da 45 mm: il passo aumenta a 109,1 cm (+2.4%) ma l'avancorsa diminuisce a 7,0 cm vale a dire inferiore del 4% a quello della SJ, e la percentuale dell'avancorsa sul passo scende al 6,4%. In questa configurazione la EMD9 avrà un livello di stabilità equivalente o leggermente inferiore alla SJ.
Altra coppia di bici, stavolta full: una Stumpjumper FSR ed una RIP9. In questo caso la full SJ ha un' avancorsa di 8,6, mentre la RIP9 di 7,7 vale a dire ben il 10% in meno a parità sostanziale di passo: qui non ci sono dubbi e la RIP9 è sicuramente più maneggevole della SJ.
La mia conclusione è che il diametro delle ruote non ha influenza sulla coppia di parametri maneggevolezza/stabilità: si possono costruire bici da 26 stabili e bici da 29 instabili, giocando appunto sui parametri geometrici quali angolo di sterzo, offset e passo della bici.
Un caso specifico: lo stretto
La capacità di girare nello stretto è legata invece principalmente al passo ed in misura minore all'avancorsa. Al passo perchè è quello che definisce il raggio minimo di sterzata, per cui una bici più lunga avrà un raggio di sterzata minimo maggiore; all'avancorsa perchè una bici più instabile richiederà un input minore specie alle basse velocità in cui ci si trova nello stretto.
L'interasse è in teoria il raggio minimo di curva della bici: in teoria, perchè corrisponde ad un angolo di sterzata di 90° che chiunque vada in bici sa che è impossibile da un punto di vista pratico prima ancora che dinamico. In realtà le due ruote percorrono due archi di cerchio di raggio diverso: maggiore quello della ruota anteriore e minore quello della ruota posteriore. L'intersezione degli assi delle due ruote rappresenta il centro delle due traiettorie, e si può qundi calcolare quale sia il raggio si sterzata in funzione dei diversi angoli di sterzata. (spiegazione geometrica: il passo e i prolungamenti dei due assi formano un triangolo rettangolo, dove uno dei cateti (il passo) e uguale all' ipotenusa (il raggio di sterzata) moltiplicato per il seno dell'angolo opposto, e quindi la lunghezza che cerchiamo è uguale al passo diviso il seno dell'angolo di sterzata)
I risultati sono nel foglio "raggio di sterzata": tra le due full praticamente non c'è alcuna differenza, tra le due front c'è una differenza del 2,4% a sfavore della 29er, che per un angolo di sterzata di 45°, tipico di un tornante stretto, significano una traiettoria più larga di 3,7 cm.
io e te,crop, parliamo la stessa lingua!
