Paragone empirico - Angolo sterzo e diametro ruota

[Lucarider]

Salve gente, colpito dai dati scientifici presentati in articoli che confrontano ad esempio la maggior facilità di superamento degli ostacoli al crescere del diametro ruota, o la maggiore superficie di contatto gomma-terreno...

...mi piacerebbe sapere quanti di voi si sono mai chiesti quale relazione vi sia tra variazione diametro ruota e variazione angolo sterzo.

PROVO A SPIEGARMI MEGLIO, interessato a poter paragonare la facilità al ribaltamento di diverse bici "sulla carta": ipotizziamo che una bici abbia ruote 26 e angolo sterzo 71gradi. Tralasciando le parecchie variabili in questione prendiamo invece una bici 29 con angolo sterzo 70gradi (ripeto, non considerando tutti gli altri fattori comparativi tra le due bighe).

Quale formula matematica mi esprime la percentuale migliorativa al ribaltamento della seconda bici rispetto alla prima?
E di conseguenza, quale angolo sterzo dovrebbe avere la bici con le ruote più piccole per offrire il medesimo "risultato" al ribaltamento che offre la bici con le ruote da 29?

Io sono una di quelle persone che apprezzano sempre poter conoscere più cose possibile riguardo ai propri hobby e alle proprie passioni, quindi se qualcuno vuole darmi una mano a sviscerare questa particolare dinamica sarà certamente il benvenuto 😀

Un saluto a tutti i forumdoli

Luca

Prodotti MTB scontati

 

[Makkio]

non puoi pretendere una formula matematica che prescinda dalle parecchie variabili in gioco: puoi tralasciare qualche contributo, ma non tutti!

Ribaltarsi dipende essenzialmente dalla posizione del baricentro del sistema bici+ciclista:
Quando impatti contro un ostacolo mentre procedi, questo si sposta in avanti per vari motivi, affondamento forcella, variazione indotta della tua posizione sulla bici a cui riesci a opporti solo parzialmente. Se supera la ruota anteriore, ti ribalti.
La capacità di superamento di un ostacolo non è la stessa cosa, cosi come non puoi pensare di compensare la capacità di superamento di un ostacolo di una ruota grande riducendo l'angolo di sterzo su una bici dalla ruota piccola: è vero, la forcella lavora piu perpendicolare rispetto alla direzione dell'impatto e quindi lo assorbe meglio, scaricandone una quota inferiore su di te. D'altro canto probabilmente affonderà anche un po di piu. Sul ripido una bici con un angolo aperto avrà un baricentro posizionato certamente piu indietro rispetto ad una con angolo chiuso, e in buona parte dei casi anche un interasse maggiore...quindi la tendenza è minore a prescindere dalle ruote.

Esprimere la cosa in numeri, no non lo vedo possibile. Anche perche quale sarebbe la quantità da misurare? L'energia dissipata nell'impatto? E come la misuri?
Nel caso dei due esempi proposti da te la seconda propone oltre alla ruota piu grande anche uno sterzo piu aperto: due cose (anzi tre, se consideriamo l'inerzia della ruota probabilmente maggiore come massa, e posizionata piu lontano dal centro) che vanno nella stessa direzione (migliorativa) nel caso di impatto contro un ostacolo.

So di non essere stato molto chiaro ed esaustivo ma l'argomento non credo che preveda una trattazione matematica rigorosa, perchè se esistesse il lavoro dei progettisti e dei collaudatori si ridurrebbe assai assai, mi sa....

 

[Comaz15]

Salve gente, colpito dai dati scientifici presentati in articoli che confrontano ad esempio la maggior facilità di superamento degli ostacoli al crescere del diametro ruota, o la maggiore superficie di contatto gomma-terreno...

...mi piacerebbe sapere quanti di voi si sono mai chiesti quale relazione vi sia tra variazione diametro ruota e variazione angolo sterzo.

PROVO A SPIEGARMI MEGLIO, interessato a poter paragonare la facilità al ribaltamento di diverse bici "sulla carta": ipotizziamo che una bici abbia ruote 26 e angolo sterzo 71gradi. Tralasciando le parecchie variabili in questione prendiamo invece una bici 29 con angolo sterzo 70gradi (ripeto, non considerando tutti gli altri fattori comparativi tra le due bighe).

Quale formula matematica mi esprime la percentuale migliorativa al ribaltamento della seconda bici rispetto alla prima?
E di conseguenza, quale angolo sterzo dovrebbe avere la bici con le ruote più piccole per offrire il medesimo "risultato" al ribaltamento che offre la bici con le ruote da 29?

Io sono una di quelle persone che apprezzano sempre poter conoscere più cose possibile riguardo ai propri hobby e alle proprie passioni, quindi se qualcuno vuole darmi una mano a sviscerare questa particolare dinamica sarà certamente il benvenuto 😀

Un saluto a tutti i forumdoli

Luca

Il contributo dato dall'angolo di sterzo è quasi nullo e se c'è corrisponde alla componente lungo una direzione dovuta alla differenza dell'angolo, che parlando di 1° è veramente irrisoria rispetto, ad esempio, alle dimensioni delle ruote.

 

[Curelin]

che tu abbia un cerchio da 20" o 29" la superficie di contatto tra la gomma ed il terreno non cambia...
può cambiare in relazione alla larghezza della gomma, ma di certo non varia se aumenti o diminuisci il diametro di una circonferenza...

 

[fitzcarraldo358]

che tu abbia un cerchio da 20" o 29" la superficie di contatto tra la gomma ed il terreno non cambia...
può cambiare in relazione alla larghezza della gomma, ma di certo non varia se aumenti o diminuisci il diametro di una circonferenza...

La superficie di contatto dipende solo dalla pressione. Non dal diametro né dalla larghezza del pneumatico.

 

[Curelin]

la superficie di contatto è SEMPRE puntiforme in una circonferenza perpendicolare al piano di riferimento, a contatto col terreno (che ruota, quindi con attrito). che poi aumenti in seguito ad un urto col terreno (es: un salto) per la deformazione della gomma (e qui entra in gioco la differenza di pressione tra l'esterno e l'interno del copertone) è vero ma è una situazione momentanea.

Lucarider ha scritto questo:

Salve gente, colpito dai dati scientifici presentati in articoli che confrontano ad esempio la maggior facilità di superamento degli ostacoli al crescere del diametro ruota, o la maggiore superficie di contatto gomma-terreno...

al crescere del diametro della ruota, non aumenta la superficie di contatto tra la gomma ed il terreno. che sia 1" o 100", una circonferenza tocca terra sempre con la stessa "superficie"...

se poi consideriamo la parte che tocca terra dal punto di vista di chi è sulla bici (e non, per esempio, da quello di un osservatore che la vede passare davanti a se) l'unica cosa che cambia è la larghezza dell'"impronta". con una gomma più larga e dal profilo più stondato, "vedrebbe" una porzione più larga toccare il terreno.

pensa a questo: se guardi un'auto di lato, che abbia i cerchi da 10" o da 20", vedresti esattamente la stessa porzione di gomma toccare terra (ovviamente, se le gomme sono sgonfie la ruota non si comporta più come una circonferenza...ed in ogni caso prendi l'esempio con le pinze, dato che la forza peso di un'auto non è trascurabile come quello di una bici...).
se invece ti poni idealmente sopra l'auto, quello che vedresti dell'impronta delle gomme è una linea, perpendicolare alla linea ideale del moto normale dell'auto.

 

[Comaz15]

MA che centra l'impronta a terra con l'angolo di sterzo?
cmq per la cronaca:
http://www.mtb-mag.com/29er-650b-ed-angolo-di-sterzo-cosa-cambia-rispetto-al-formato-tradizionale/

 

[Lonewolf]

la superficie di contatto è SEMPRE puntiforme in una circonferenza perpendicolare al piano di riferimento, a contatto col terreno (che ruota, quindi con attrito). che poi aumenti in seguito ad un urto col terreno (es: un salto) per la deformazione della gomma (e qui entra in gioco la differenza di pressione tra l'esterno e l'interno del copertone) è vero ma è una situazione momentanea.

Lucarider ha scritto questo:


al crescere del diametro della ruota, non aumenta la superficie di contatto tra la gomma ed il terreno. che sia 1" o 100", una circonferenza tocca terra sempre con la stessa "superficie"...

se poi consideriamo la parte che tocca terra dal punto di vista di chi è sulla bici (e non, per esempio, da quello di un osservatore che la vede passare davanti a se) l'unica cosa che cambia è la larghezza dell'"impronta". con una gomma più larga e dal profilo più stondato, "vedrebbe" una porzione più larga toccare il terreno.

pensa a questo: se guardi un'auto di lato, che abbia i cerchi da 10" o da 20", vedresti esattamente la stessa porzione di gomma toccare terra (ovviamente, se le gomme sono sgonfie la ruota non si comporta più come una circonferenza...ed in ogni caso prendi l'esempio con le pinze, dato che la forza peso di un'auto non è trascurabile come quello di una bici...).
se invece ti poni idealmente sopra l'auto, quello che vedresti dell'impronta delle gomme è una linea, perpendicolare alla linea ideale del moto normale dell'auto.

Questo è vero in teoria e solo se la ruota fosse un corpo rigido e incomprimibile, ma visto che non è così la superficie di contatto è sempre data dal peso che insiste sulla ruota diviso la pressione di gonfiaggio, per cui è un'area non nulla, come lo sarebbe se il punto di contatto fosse appunto puntiforme

 

[fitzcarraldo358]

la superficie di contatto è SEMPRE puntiforme in una circonferenza perpendicolare al piano di riferimento, a contatto col terreno (che ruota, quindi con attrito). che poi aumenti in seguito ad un urto col terreno (es: un salto) per la deformazione della gomma (e qui entra in gioco la differenza di pressione tra l'esterno e l'interno del copertone) è vero ma è una situazione momentanea.

Lucarider ha scritto questo:


al crescere del diametro della ruota, non aumenta la superficie di contatto tra la gomma ed il terreno. che sia 1" o 100", una circonferenza tocca terra sempre con la stessa "superficie"...

se poi consideriamo la parte che tocca terra dal punto di vista di chi è sulla bici (e non, per esempio, da quello di un osservatore che la vede passare davanti a se) l'unica cosa che cambia è la larghezza dell'"impronta". con una gomma più larga e dal profilo più stondato, "vedrebbe" una porzione più larga toccare il terreno.

pensa a questo: se guardi un'auto di lato, che abbia i cerchi da 10" o da 20", vedresti esattamente la stessa porzione di gomma toccare terra (ovviamente, se le gomme sono sgonfie la ruota non si comporta più come una circonferenza...ed in ogni caso prendi l'esempio con le pinze, dato che la forza peso di un'auto non è trascurabile come quello di una bici...).
se invece ti poni idealmente sopra l'auto, quello che vedresti dell'impronta delle gomme è una linea, perpendicolare alla linea ideale del moto normale dell'auto.

come hanno già scritto, questo vale se parli di una ruota indeformabile (che non esiste) ma per una ruota reale esiste sempre una superficie di contatto (non un punto o una linea) determinata dalla pressione del pneumatico, dal peso che insiste sulla ruota e da nient'altro.
Va detto che ruote di diametro maggiore, così come ruote dalla sezione maggiore si utilizzano normalmente a pressioni minori, per via del maggior volume disponibile. Quindi un senso nel discorso iniziale c'è.

 

[Curelin]

cioè, mi volete dire che da 26" a 29", non possiamo approssimare la ruota come una circonferenza che va di puro rotolamento...?

suvvia ragazzi, non nascondiamoci dietro un dito. la superficie di contatto delle ruote, da 26 a 29", è tranquillamente approssimabile ad un punto. si fanno approssimazioni per elementi facenti parte di sistemi infinitamente più complessi...
con una 29" non si hanno apprezzabili aumenti di superficie di contatto rispetto ad una 26". e, ne sono abbastanza certo, neanche tra una 20" ed una 29"...

 

[Makkio]

cioè, mi volete dire che da 26" a 29", non possiamo approssimare la ruota come una circonferenza che va di puro rotolamento...?

suvvia ragazzi, non nascondiamoci dietro un dito. la superficie di contatto delle ruote, da 26 a 29", è tranquillamente approssimabile ad un punto. si fanno approssimazioni per elementi facenti parte di sistemi infinitamente più complessi...
con una 29" non si hanno apprezzabili aumenti di superficie di contatto rispetto ad una 26". e, ne sono abbastanza certo, neanche tra una 20" ed una 29"...

Certo.
Tutto questo è vero, se supponi di girare sui cerchioni piuttosto che sugli pneumatici.

Anche se, aldilà di tutto, non capisco che importanza abbia adesso l'area di contatto al suolo con il discorso della tendenza al ribaltamento..

 

[fitzcarraldo358]

cioè, mi volete dire che da 26" a 29", non possiamo approssimare la ruota come una circonferenza che va di puro rotolamento...? suvvia ragazzi, non nascondiamoci dietro un dito. la superficie di contatto delle ruote, da 26 a 29", è tranquillamente approssimabile ad un punto. si fanno approssimazioni per elementi facenti parte di sistemi infinitamente più complessi...

una approssimazione è valida se non elimina fattori rilevanti per ciò che si vuole cercare.

In questo caso cosa vogliamo cercare?

Di sicuro in generale per una mtb l'approssimazione che dici tu non ha senso, perchè elimina quello che chiamiamo grip, che dipende proprio dalla superficie di contatto.

con una 29" non si hanno apprezzabili aumenti di superficie di contatto rispetto ad una 26". e, ne sono abbastanza certo, neanche tra una 20" ed una 29"...

Vedo che non hai letto quello che abbiamo scritto.
tra una 20" e una 29" a parità di pressione del pneumatico non c'è alcuna differenza nella superficie di contatto. Ma visto che la 20" per poter essere utilizzata andà gonfiata almeno a 3bar, se la 29" la gonfiamo a 1.5bar allora quest'ultima avrà il doppio di superficie di contatto.

Vogliamo quantificare questa superficie di contatto? siamo nell'ordine di 40 centimetri quadrati ripartiti sulle due ruote per una pressione di 2 bar.

 

[Lucarider]

Ringrazio Comaz15 per l'articolo linkato...ecco tutte le risposte al mio quesito!

Per non agire sulle quote della forcella mi viene ora spontanea una domanda...da che prezzo sapete che partono le serie sterzo eccentriche più economiche?
Qualcuno vuole segnalare problemi riscontrati con questo tipo di ss?

Luca

 

[Makkio]

non ho idea, sono comunque prodotti studiati piu che altro per le bici gravity...
ora non so cosa tu abbia in mente ma potendo io agirei sull'escursione della forcella se stai parlando di una bici xc (che poi è cio che io ho fatto)

 

[Curelin]

una approssimazione è valida se non elimina fattori rilevanti per ciò che si vuole cercare.

In questo caso cosa vogliamo cercare?

Di sicuro in generale per una mtb l'approssimazione che dici tu non ha senso, perchè elimina quello che chiamiamo grip, che dipende proprio dalla superficie di contatto.

Vedo che non hai letto quello che abbiamo scritto.
tra una 20" e una 29" a parità di pressione del pneumatico non c'è alcuna differenza nella superficie di contatto. Ma visto che la 20" per poter essere utilizzata andà gonfiata almeno a 3bar, se la 29" la gonfiamo a 1.5bar allora quest'ultima avrà il doppio di superficie di contatto.

Vogliamo quantificare questa superficie di contatto? siamo nell'ordine di 40 centimetri quadrati ripartiti sulle due ruote per una pressione di 2 bar.

perdonami...ma credo che non ci siamo capiti proprio...

la mia approssimazione non elimina proprio per nulla la componente di attrito...visto che parlo di punto di contatto tra ruota che rotola e terreno, sto già dando per scontato che l'attrito c'è. quello che dico io è che tra 26" e 29", la superficie tra gomma e suolo è tranquillamente assimilabile ad un punto. Lucarider ha detto che aumentando il diametro del cerchio si ha più superficie di contatto, il che non è assolutamente vero.

secondo: io non ho proprio parlato di parità di pressione tra due dimensioni differenti di ruote.
il fatto che tu non abbia capito ciò che voglio dire, lo dimostra il fatto che hai calcolato questa superficie di contatto di 40 cm quadri (altrimenti non capisco questa misurazione...ma hai idea di quanti sono 40 cm quadri??).
poi, se dici "tra una 20" e una 29" a parità di pressione del pneumatico non c'è alcuna differenza nella superficie di contatto.", ti contraddici da solo...perchè proprio in questa situazione, con una pressione mettiamo caso di 1,5 bar, una ruota gommata da 20" avrebbe una superficie di contatto maggiore, data dallo schiacciamento della forza peso, mentre una 29" sarebbe ben gonfia e da considerarsi puntiforme...

ora, ripeto: non nascondiamoci dietro ad un dito...chi ha aperto il 3d ha detto che con una ruota più grande di diametro c'è più contatto col terreno. considerando il fatto che NESSUNO va in giro con le gomme sgonfie, e che a parte alcuni frangenti in cui la forza peso del sistema biker + bici fanno deformare la gomma aumentando MOMENTANEAMENTE la superficie di contatto tra bici e terreno, si può tranquillamente approssimare il punto di contatto come puntiforme, per cui 26" o 29", no, non cambia il contatto. questa approssimazione non toglie l'attrito (altrimenti le bici da corsa non riuscirebbero ad andare avanti, col profilo appuntitissimo delle loro gomme, che sono anche strettissime...), non toglie proprio nulla.

 

[Lucarider]

Ciao makkio, un problema che riscontro sulla mia bici è quello di un mc relativamente alto, unito ad un angolo sterzo troppo chiuso.
Comprendi come incrementare l'escursione della forcella vada a peggiorare il primo problema, agendo invece sulla sola geometria dello sterzo non andrei ad inficiare l'altezza da terra del movimento centrale.

 

[Lonewolf]

cioè, mi volete dire che da 26" a 29", non possiamo approssimare la ruota come una circonferenza che va di puro rotolamento...?

suvvia ragazzi, non nascondiamoci dietro un dito. la superficie di contatto delle ruote, da 26 a 29", è tranquillamente approssimabile ad un punto. si fanno approssimazioni per elementi facenti parte di sistemi infinitamente più complessi...
con una 29" non si hanno apprezzabili aumenti di superficie di contatto rispetto ad una 26". e, ne sono abbastanza certo, neanche tra una 20" ed una 29"...

Approssimbile a un punto? ma come puoi pensare che una ruota di gomma tocchi terra solo su un segmento di larghezza nulla e quindi di area nulla? Ripeto che l'unico parametro che influisce sulla superficie di contatto è la pressione, non centra nulla il diametro. Facciamo 2 conti approssimati: bici + biker 80 kg, peso equalmente distribuito sulle 2 ruote da 2" (circa 50mm) gonfiate a 2 bar ( circa 2 kg/cm2). La superficie di contatto di ogni pneumatico è 40/2=20 cm2, considerando una larghezza di circa 5 cm abbiamo un'impronta più o meno rettangolare di 50 mm di larghezza x 40 mm di lunghezza.

 

[Makkio]

Ciao makkio, un problema che riscontro sulla mia bici è quello di un mc relativamente alto, unito ad un angolo sterzo troppo chiuso.
Comprendi come incrementare l'escursione della forcella vada a peggiorare il primo problema, agendo invece sulla sola geometria dello sterzo non andrei ad inficiare l'altezza da terra del movimento centrale.

capisco...ma di che bici stiamo parlando?

 

[Lucarider]

perdonami...ma credo che non ci siamo capiti proprio...

la mia approssimazione non elimina proprio per nulla la componente di attrito...visto che parlo di punto di contatto tra ruota che rotola e terreno, sto già dando per scontato che l'attrito c'è. quello che dico io è che tra 26" e 29", la superficie tra gomma e suolo è tranquillamente assimilabile ad un punto. Lucarider ha detto che aumentando il diametro del cerchio si ha più superficie di contatto, il che non è assolutamente vero.

secondo: io non ho proprio parlato di parità di pressione tra due dimensioni differenti di ruote.
il fatto che tu non abbia capito ciò che voglio dire, lo dimostra il fatto che hai calcolato questa superficie di contatto di 40 cm quadri (altrimenti non capisco questa misurazione...ma hai idea di quanti sono 40 cm quadri??).
poi, se dici "tra una 20" e una 29" a parità di pressione del pneumatico non c'è alcuna differenza nella superficie di contatto.", ti contraddici da solo...perchè proprio in questa situazione, con una pressione mettiamo caso di 1,5 bar, una ruota gommata da 20" avrebbe una superficie di contatto maggiore, data dallo schiacciamento della forza peso, mentre una 29" sarebbe ben gonfia e da considerarsi puntiforme...

ora, ripeto: non nascondiamoci dietro ad un dito...chi ha aperto il 3d ha detto che con una ruota più grande di diametro c'è più contatto col terreno. considerando il fatto che NESSUNO va in giro con le gomme sgonfie, e che a parte alcuni frangenti in cui la forza peso del sistema biker + bici fanno deformare la gomma aumentando MOMENTANEAMENTE la superficie di contatto tra bici e terreno, si può tranquillamente approssimare il punto di contatto come puntiforme, per cui 26" o 29", no, non cambia il contatto. questa approssimazione non toglie l'attrito (altrimenti le bici da corsa non riuscirebbero ad andare avanti, col profilo appuntitissimo delle loro gomme, che sono anche strettissime...), non toglie proprio nulla.

Ciao Curelin, se pensiamo per esempio ad una frenata o anche ad una salita in un sentiero pieno di pietre ed ostacoli vari, confermeresti ciò che hai detto, ossia che una ruota di maggior diametro non ha maggiore superficie in contatto col suolo?

 

[Lucarider]

capisco...ma di che bici stiamo parlando?

Bici da trail, con cui sto apprezzando i sentieri più discesistici.