La guida del ciclismo aerodinamico

I ciclisti adorano l'abbigliamento aerodinamico: biciclette aerodinamiche, telai aerodinamici,  ruote aerodinamiche  , caschi da guida aerodinamici, persino smartwatch aerodinamici! Ma sappiamo davvero come funziona tutto questo? O cosa significa veramente "aerodinamica"? Queste ruote aerodinamiche possono mantenere facilmente la velocità? L'aerodinamica è importante quando non guidi molto velocemente? La tua postura di guida è abbastanza aerodinamica? Ecco la nostra guida a questo articolo.

Definizione di aerodinamica

Di tutti gli ostacoli che devi superare durante la corsa, i due maggiori sono la resistenza dell'aria e (quando la strada sale) la gravità. Puoi evitare quest'ultimo pedalando su un terreno pianeggiante, ma a meno che non viaggi sulla luna, non puoi evitare la resistenza dell'aria. Anche in una giornata completamente senza vento, crei resistenza all'aria e più veloce guidi, maggiore è la resistenza dell'aria. È la resistenza principale a velocità superiori a 9 miglia all'ora (14,5 chilometri all'ora). A velocità fino a 30 miglia (48 chilometri) all'ora, il 90 percento della tua potenza viene utilizzato per superare quella che gli scienziati chiamano resistenza dell'aria. Mentre l'aerodinamica è lo studio delle proprietà dell'aria in movimento e delle interazioni tra aria e solidi, tu, come appassionato di ciclismo, dovresti anche capire come ridurre la resistenza. Ecco una rapida rassegna dei due principali tipi di resistenza che affronti:

Resistenza differenziale di pressione

Quando guidi, ti scontri con le particelle d'aria così violentemente che l'aria viene compressa e poi distanziata mentre passa sopra di te; La differenza di pressione dalla parte anteriore a quella posteriore crea resistenza. I profili aerodinamici sono progettati per ridurre la resistenza alla pressione riducendo i differenziali di pressione, consentendo all'aria di fluire più agevolmente davanti a te e riducendo le scie a bassa pressione dietro di te.

Resistenza all'attrito superficiale

C'è attrito tra il tuo corpo e le particelle d'aria in movimento, e c'è attrito tra gli strati d'aria intorno a te. L'aria sopra di te è ferma; L'aria scorre rapidamente e liberamente attraverso il corpo. La transizione tra queste aree crea attrito, creando trascinamento. La resistenza complessiva può essere ridotta riducendo l'attrito superficiale, come il concavo a nido d'ape che vedi su una pallina da golf o il materiale strutturato sulla spalla di un cappotto di pelle.

Cannondale Design Engineer Nathan, PhD, Aerodinamica applicata, Monash University, Australia. "La finitura superficiale aumenta l'attrito della pelle rendendo l'aria vicino alla superficie più turbolenta", afferma Barry. Il vantaggio di ciò è che lo strato limite turbolento ha un migliore trasferimento di energia, che consente al flusso di rimanere più a lungo sulla superficie circolare, riducendo così la resistenza alla pressione".

C'è un'idea sbagliata che l'aerodinamica sia importante solo quando un pilota è veloce. "La gente dice: 'Non sono abbastanza veloce per aver bisogno dell'aerodinamica'", spiega Barry. "Una buona aerodinamica fa anche risparmiare più tempo ai ciclisti più lenti."

In effetti, più vai veloce, più la resistenza dell'aria prosciuga la tua energia. Aumentare la velocità da 32 km/h a 64 km/h non raddoppia la resistenza dell'aria, aumenta esponenzialmente la resistenza dell'aria di un fattore quasi otto. "A velocità che si avvicinano ai 48 chilometri all'ora, il 90 percento della potenza viene utilizzato per superare la resistenza dell'aria". "Anche a velocità relativamente basse, la maggior parte della tua energia sta andando a superare la resistenza dell'aria", dice Barry.

"A 16 chilometri all'ora, metà della potenza è contro la resistenza dell'aria", ha detto Barry. Più vai piano, più tempo l'aerodinamica può farti risparmiare perché più tempo trascorri sulla strada in generale. Se guidi a 29 chilometri all'ora, puoi comunque risparmiare la maggior parte del tuo tempo riducendo la resistenza dell'aria".

Ridurre la resistenza dell'aria può persino aiutarti a scalare una collina più velocemente. "Su un terreno con una pendenza di circa il 6 percento, una bici con un profilo pneumatico sarà più veloce di una bici leggera, o l'equivalente di un ciclista di livello elite più forte che sale del 7 percento", ha detto Barry. Su questa pendenza, puoi risparmiare più energia per la stessa quantità di peso.

Se misurata scientificamente in termini di potenza, una buona aerodinamica può equivalere a mantenere facilmente la velocità e conservare l'energia corporea. La tua attrezzatura aerodinamica può ridurre notevolmente la resistenza dell'aria, così puoi guidare più lontano e più velocemente con meno sforzo. Diamo un'occhiata a ciò che è più importante.

La tua bici rappresenta il 30 percento della resistenza totale, il che è significativo, soprattutto per i ciclisti che non usano una posizione di guida aerodinamica sulle loro bici, afferma il dott. Len Brownlie, consulente per la ricerca sul movimento aerodinamico presso la Simon Fraser University nella British Columbia. "Se non sei molto flessibile o se non sei costruito per guidare in modo aerodinamico per un lungo periodo di tempo, allora una bici che riduce la resistenza dell'aria può aiutarti a compensare questo", ha detto. "Non importa a che ora stai guidando, una bici dal design aerodinamico ridurrà sempre la resistenza per te."

Per la bicicletta stessa, anche se la bicicletta è molto veloce all'inizio, l'ottimizzazione aerodinamica del tubo può comunque far risparmiare molto tempo.

Ad esempio, quando gli ingegneri di Cannondale hanno testato SystemSix, hanno scoperto che l'utilizzo delle stesse ruote di un'altra normale auto da strada poteva far risparmiare ai piloti SystemSix due minuti su una gara di 40K. La SystemSix è la prima auto da strada completamente aerodinamica del marchio, mentre la Evo è un'auto da corsa.

Se confronti una bici aerodinamica con una tradizionale auto da corsa con ruote a telaio basso, il risparmio è più vicino a tre minuti. "Ottenere il giusto design della cabina di pilotaggio fa una grande differenza", afferma Barry. "Nella parte anteriore della resistenza dell'aria, l'ottimizzazione dei tradizionali manubri tubolari in manubri aerodinamici è molto importante per ridurre la resistenza."

La cosa più interessante è che i freni a disco non aumentano solo la capacità di rallentare o fermarsi, spiega Barry: è una struttura del telaio più aerodinamica . Se rinunci al tradizionale freno ad anello e usi il freno a disco, allora c'è molta libertà nel design. In termini di riduzione della resistenza aerodinamica, noterai molti miglioramenti".

Casco da equitazione

Secondo la ricerca di Brownlee, l'utilizzo di un classico casco TT pneumatico invece di un casco da bici da strada standard può farti risparmiare più di un minuto durante una gara di 40 km a velocità di 50 km/h. Ma i caschi TT sono noti per lo scarso comfort e le varie restrizioni d'uso. Fortunatamente, i caschi pneumatici di oggi sono migliori e più comodi che mai. "I moderni caschi pneumatici, come il Giro Vanquish e lo Specialized S-Works Evade II, sono molto vicini ai tradizionali caschi TT a copertura totale in termini di aerodinamica, ma sono più comodi."

Equipaggiamento per l'equitazione

Nella cronometro 40K, ad esempio, un ciclista con la stessa quantità di potenza è arrivato con più di due minuti di vantaggio su un ciclista che indossava una tuta da ciclismo attillata e all'avanguardia rispetto a un ciclista che indossava una tuta da club inadatta. Gli ingegneri si stanno concentrando sulla riduzione della resistenza aerodinamica nell'abbigliamento da ciclismo, afferma Brownlee, che ha anche lavorato con Nike su un design di spoiler, che ricorda una serie di minuscole ali.

Brownlee afferma che per i velocisti in atletica leggera, possono ridurre la resistenza del 10 percento, che equivale a un miglioramento dell'1 percento in 100 metri. "Ci sono un certo numero di produttori di abbigliamento da ciclismo che hanno sviluppato tute da ciclismo da cronometro simili, questi tessuti testurizzati che hanno un effetto turbolento e li disegnano nella spalla, nella parte superiore del braccio al gomito, nella coscia e in altre posizioni del viso sopravvento, che consentono il ruvido l'aria fluisca sulle tue membra e la tenga vicino al tuo corpo con meno resistenza."

Tuttavia, Brownlee sottolinea: "C'è anche un effetto marginale decrescente in questa riduzione della resistenza aerodinamica. I nostri recenti test nella galleria del vento delle tute da corsa a cronometro mostrano che alcuni modelli di tute spaziali possono essere portati all'estremo avendo troppo tessuto testurizzato; la resistenza più bassa La tuta che abbiamo testato ha limitato il tessuto testurizzato alle spalle e alla parte superiore delle braccia e ha fatto affidamento su un design delle cuciture allineato con il flusso d'aria per un tessuto molto liscio e aderente. "Nei nostri test, i produttori di abbigliamento da bici Castelli, Sugoi e Bioracer hanno fornito i migliori risultati di riduzione della resistenza aerodinamica ."

Set di ruote

"Le ruote sono complesse e il fatto che siano abbinate a pneumatici può cambiare drasticamente la resistenza", ha affermato Brownlee. Alcuni anni fa, abbiamo eseguito lo stesso test aerodinamico della ruota anteriore con pneumatici realizzati da cinque diversi produttori di pneumatici. Siamo rimasti sorpresi nello scoprire che la resistenza delle ruote variava fino al 9% con diversi set di ruote. Ma in generale, l'altezza del telaio dei cerchi da 60 mm a 90 mm ridurrà al minimo la resistenza dell'aria. "

In che modo un ciclista ottiene un atteggiamento di guida pneumatico?

Quando vuoi ridurre la resistenza, prima guardati allo specchio. Tu, il ciclista, sei più grande della tua bici, rappresentando dal 70 all'80 percento della sezione trasversale complessiva di resistenza al vento, spiega Brownlee. Non c'è dubbio che l'abbassamento del busto può ridurre significativamente la superficie di resistenza al vento e la resistenza complessiva. Il punto di rendimenti decrescenti viene raggiunto più velocemente di quanto pensi. Barry e un team di ricercatori della Monash University hanno condotto uno studio in cui hanno simulato la velocità di una gara su strada d'élite e di un triathlon Ironman con una gamma di posizioni delle mani e del corpo durante la guida a una resistenza al vento di 45 km/h.

La posizione di massima resistenza è la classica posizione di guida verticale, che richiede 430 watt per superare la resistenza dell'aria quando il pilota stringe la mano. Tenendo l'impugnatura inferiore si risparmia un po' di energia, richiedendo 417 watt. Ancora più energia può essere risparmiata piegando i gomiti e premendo sulla vita, che richiede 385 watt. Ma la posizione aerodinamica più efficace è in realtà una stretta di mano, con le braccia piegate e gli avambracci paralleli al pavimento. In questa posizione, il ciclista richiede solo 372 watt di potenza, un risparmio energetico del 13,4% rispetto alla posizione originale della mano.

Telai per bici

La convinzione che le bici in fibra di carbonio siano più aerodinamiche delle bici in alluminio può derivare dalla reputazione della fibra di carbonio per la facilità di manovrabilità. Può essere trasformato in qualsiasi forma a cui gli ingegneri possano pensare, aprendo maggiori possibilità aerodinamiche.