Rapporti demoltiplicatori e efficienza

[solitone]

Coi rapporti demoltiplicatori a ogni giro di pedali si compie meno di un giro di ruota. Lo sviluppo del rapporto infatti è minore di 1, dove lo sviluppo è dato dal rapporto tra il numero denti della corona e il numero denti del pignone.

Anni fa avevo letto che l'efficienza che si ottiene con i rapporti demoltiplicatori è molto bassa e veniva suggerito di usarli solo per brevi tratti molto ripidi, dal momento che sarebbe più efficiente scendere a piedi e spingere la bici.

Immagino che si intenda che l'efficienza è maggiore quando la distanza percorsa è maggiore a parità di energia impiegata (o la distanza è uguale, ma si spende meno energia).

La cosa veniva motivata dicendo che a ogni giro di pedali le ruote fanno meno di un giro, ma questo solo motivo non mi pare basti a spiegare che l'efficienza sia necessariamente più bassa rispetto al percorrere la stessa salita a piedi, spingendo la bici.

E' comunque vero che nelle salite ripide si fa meno fatica scendendo dalla bici. Ma quello che mi chiedo è: quando esattamente l'efficienza della pedalata diventa inferiore a quella della camminata? Con che rapporti?

Cosa ne pensate?

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[Curran92]

Coi rapporti demoltiplicatori a ogni giro di pedali si compie meno di un giro di ruota. Lo sviluppo del rapporto infatti è minore di 1, dove lo sviluppo è dato dal rapporto tra il numero denti della corona e il numero denti del pignone.

Anni fa avevo letto che l'efficienza che si ottiene con i rapporti demoltiplicatori è molto bassa e veniva suggerito di usarli solo per brevi tratti molto ripidi, dal momento che sarebbe più efficiente scendere a piedi e spingere la bici.

Immagino che si intenda che l'efficienza è maggiore quando la distanza percorsa è maggiore a parità di energia impiegata (o la distanza è uguale, ma si spende meno energia).

La cosa veniva motivata dicendo che a ogni giro di pedali le ruote fanno meno di un giro, ma questo solo motivo non mi pare basti a spiegare che l'efficienza sia necessariamente più bassa rispetto al percorrere la stessa salita a piedi, spingendo la bici.

E' comunque vero che nelle salite ripide si fa meno fatica scendendo dalla bici. Ma quello che mi chiedo è: quando esattamente l'efficienza della pedalata diventa inferiore a quella della camminata? Con che rapporti?

Cosa ne pensate?

Se questa era la motivazione, direi che non dimostra proprio nulla.
Personalmente, tra l'altro, trovo che scendere dalla bici e spingere sia sempre più faticoso (tranne nei casi in cui si è obbligati, ovviamente) perché spezza il ritmo e, se ci si trova su un terreno accidentato, spesso si corre il rischio di scivolare.

 

[terepo]

Io invece trovo che scendere e spingere sia spesso meno faticoso che pedalare, ma se ho scelto la mtb, per me è una sfida salire in bici dalla valle fino alla cima, condizione fisica permettendo

ciao
Erik

 

[Gepp1]

Sarebbe come dire che un auto che consuma meno è anche quella con il serbatoio più grande....sono due cose che dette così non vengono messe in relazione....in quel ragionamento (ma anche nel mio) manca qlc dato x renderlo credibile

 

[Lazlotoz]

scientificamente non saprei dirti, ma praticamente mi sembra un osservazione giusta, mi è capitato in gara di essere superato da qualcuno a piedi su salite molto ripide a velocità doppia mentre io mi ostinavo a voler rimanere in sella...

 

[Fuocoz]

scientificamente non saprei dirti, ma praticamente mi sembra un osservazione giusta, mi è capitato in gara di essere superato da qualcuno a piedi su salite molto ripide a velocità doppia mentre io mi ostinavo a voler rimanere in sella...

Anchio sono arrivato a una conclusione simile in maniera empirica...

Sulle salite lunghe e ripide dove si sale a 3-4-5 all'ora (il che chiaramente dipende dal livello fisico di ognuno ed è relativo) si fa prima a piedi ma non so quanto sia implicato il fatto della demoltiplica.

Così da ignorante se mi permettete di spararne una ti direi che sulle ruote in salita anche solo per stare fermo devi contrastare la forza di gravità (altrimenti andresti in retro) mentre a piedi per stare fermo ti basta... stare fermo e da qui dedurrei che per salire serve più energia in sella che a piedi.

Ma questa teoria ha lo stesso fondamento di quelle sugli ufo e sui fantasmi

 

[kiracan]

Anchio sono arrivato a una conclusione simile in maniera empirica...

Sulle salite lunghe e ripide dove si sale a 3-4-5 all'ora (il che chiaramente dipende dal livello fisico di ognuno ed è relativo) si fa prima a piedi ma non so quanto sia implicato il fatto della demoltiplica.

Così da ignorante se mi permettete di spararne una ti direi che sulle ruote in salita anche solo per stare fermo devi contrastare la forza di gravità (altrimenti andresti in retro) mentre a piedi per stare fermo ti basta... stare fermo e da qui dedurrei che per salire serve più energia in sella che a piedi.

Ma questa teoria ha lo stesso fondamento di quelle sugli ufo e sui fantasmi

Concordo! Anche a me un paio di volte mi è successo di essere superato da gente che correva a piedi sulla stesa strada bianca...
Al di là dell'allenamento e della condizione di entrambi credo fosse importante anche il fatto che sotto una certa velocità la bicicletta tende a ribaltarsi e quindi io dovevo contemporaneamente riuscire a mantenere l'equilibrio, non arretrare, pedalare con un grande dispendio di energia mentre chi correva a piedi doveva solo pensare a...correre!

Mi fanno venire in mente quelle sfide treno contro automobile su uno stesso percorso!

 

[Ringhio81]

2 gg fa ho fatto ripidoni al 30% su asfalto con il rampichino (22-30 ho un 8v ) a 5 all'ora ( centinaia di metri intervallati da altri tratti sempre >10%) e ho ancora le gambe imballate dallo sforzo, e i legamenti tutti infiamaati..

sono stato un pirla, era un po una sfida personale VS la gravità, ho vinto la battaglia ma ho disfato le gambe.

mai piu ripidoni sopra il 20% .. certe strade le farò solo in discesa ....

 

[forbriz]

ciao ringhio,
è solo questione di allenamento
si possono anche fare salite al 30%, utilizzando il rapportino, ma con costanza e un buon allenamento si evita poi di avere le gambe distrutte.

in gara non lo so come ci si comporta perchè non le faccio, ma a livello amatoriale io cerco di non scendere mai dalla sella, solo quando pur utilizzando il rapportino, su fondi fortemente sconnessi si sale talmente piano e c'è un rischio di caduta, scendo dalla mia bike.
non si abbondama mai o quasi mai il proprio mezzo, si resta sempre in sella

 

[Accrocchista]

In linea teorica l'energia spesa per salire una salita è la stessa, che tu la faccia a piedi, in bici, strisciando come un verme. L'energia infatti è un lavoro (termini della fisica), che ha le dimensioni forza x spostamento. E il bello è che il lavoro che tu fai è lo stesso che tu prenda la via più ripida, o tu faccia dei tornanti per salire. Nel primo caso massima sarà la forza, minimo lo spostamento, nel secondo caso minima la foza, massimo lo spostamento.
Analogamente usare un rapporto lungo o corto non cambia nulla sul bilancio dell'energia, che è la stessa.
Il problema sono gli attriti, che essendo forze passive, dirottano la forza muscolare delle tue gambe: se non ci fossero attriti tutta la forza muscolare sarebbe impiegata per acquistare energia potenziale, cioè salire (in presenza di forza di gravità essere più in alto comporta avere maggiore energia potenziale U=mgh, dove m=massa, g= accelerazione di gravità, h=altezza), ma invece gli attriti ci sono eccome e la forza muscolare deve combatter anche quelli. Un cambio corto (pignone anteriore piccolo, posteriore grosso, non importa se rapporto maggiore o minore di 1), comporta più alti attriti, perchè per ottenere lo stesso giro di ruota, occorre compiere più giri di pedivelle, con i relativi maggiori attriti volventi dei cuscinetti, attriti fra catena e denti dei pignoni ecc.
Per questo, è più efficiente un cambio lungo (pignone anteriore grande, posteriore piccolo), indifferentemente dal rapporto ottenuto.
Sempre per via degli attriti è normalmente più conveniente restare in sella piuttosto che scendere a piedi, questo perchè l'attrito radente (quello fra i piedi e il fondo stradale) è maggiore dell'attrito volvente (dei cuscinetti, fra ruote e fondo stradale). Minori sono gli attriti, maggiore è la nostra forza dirottata sull'energia potenziale di cui sopra.
Piccola nota: il bilancio totale del lavoro (energia) è comunque identico. Tutto ciò che io affermo sia "perso" negli attriti, in realtà fa parte del bilancio. Gli attriti si trasformano in calore e il calore è energia. Potrei parlarvi del secondo principio della termodinamica, del terzo, dell'entropia e del Principio di conservazione dell'energia, ma andrei un po' fuori tema, penso...
Tornando a noi: gli attriti sono proporzionali (con leggi trignomometriche) all'angolo fra la verticale e il fondo stradale. Il massimo attrito lo abbiamo in pianura (angolo 90°), attrito zero su una parete verticale (angolo o°). Infatti in pianura TUTTA la nostra energia muscolare viene impiegata per vincere gli attriti e non mettiamo da parte nemmeno un Joule nell'energia potenziale (non saliamo di quota), in salita invece sì utilizziamo forza per vincere gli attriti (calore), ma ammonticchiamo Joules nell'energia potenziale, quella che poi liberiamo in energia cinetica quando torniamo giù a cannone. Quando in salita l'attrito volvente diventa troppo basso (per sua natura e per l'angolo prima spiegato), le ruote cominciano a "sgommare" e noi perdiamo energia. Per questo, in queste situazioni, risulta più efficace andare a piedi, perchè a parità di angolo, l'attrito radente delle nostre suole è maggiore, e ci tiene attaccati a terra (non contando che poi i piedi riescono a infilarsi nelle cavità a forma di culo di moffetta, come ben dicevano aldo giovanni e giacomo). Oppure, come detto prima, per gli attriti dovuti ai molti giri di pedivelle per un giro di ruota, comincia a essere vantaggioso l'andare a piedi, perchè subiamo meno attrito che far girare le pedivelle a 120 hertz. Alla fine direi che il tutto si può tener d'occhio controllando gli attriti, più che l'energia.
Ammetto di non essere stato troppo accademico sugli attriti. In realtà quello fra gli pneumatici e il fondo non è proprio tutto attrito volvente, così come ho tralasciato l'attrivo viscoso. Se ci pensate, più andate piano e minore è l'attrito viscoso (tra voi e l'aria), quindi andare piano comporta meno attriti viscosi...
Spero di avevi solo introdotto l'argomento, in effetti ben più complicato se analizzato sotto un punto di vista della Fisica
Et voilà.

 

[tacito]

Accrochista: faccio atto di fede e ti credo sulla parola....

 

[glaucos]

Accrochista: faccio atto di fede e ti credo sulla parola....

Fai male!
L'ha messa giù un pelino pesante, ma se cerchi bene in giro puoi trovare varie spiegazioni abbastanza "semplici" di questi argomenti "difficili": alla fin fine sono fisica e matematica di base, cose che governano la nostra vita di tutti i giorni, scoperte da menti illustri tanti anni fa, quando le loro conoscenze in genere erano all'incirca quelle di un ragazzino delle medie di oggi

 

[Accrocchista]

Fai male!
L'ha messa giù un pelino pesante, ma se cerchi bene in giro puoi trovare varie spiegazioni abbastanza "semplici" di questi argomenti "difficili": alla fin fine sono fisica e matematica di base, cose che governano la nostra vita di tutti i giorni, scoperte da menti illustri tanti anni fa, quando le loro conoscenze in genere erano all'incirca quelle di un ragazzino delle medie di oggi

Assolutamente d'accordo. Ho solo cercato di motivare con un po' di criterio le stesse affermazioni del primo argomento, non credo alla fine discontandomene tanto. La scienza non è null'altro che la trascrizione delle intuizioni dell'uomo, all'incirca.

 

[calmocalmo]

Perchè si dice che in salita con i rapporti demoltiplicatori si riduce l'efficienza?
Perchè scendendo a piedi la cosa risulta meno faticosa?

Secondo me la risposta è ovvia.

L'essere umano dopo millenni di evoluzione naturale è adatto a camminare e non a pedalare.

La bicicletta è nata come "macchina meccanica" che permette aumentare l'andatura utilizzando minore energia.
Si... è vero... ma in pianura...

Come diceva fuocoz, quando un uomo in salita si vuole fermare gli basta stere fermo, mentre in bici bisogna fare i conti con la forza di gravità.

Infine abbiamo cominciato a camminare da pochi mesi di vita fino ad essere grandi... abbiamo un allenamento (a camminare) che è durato tutta una vita, giorno dopo giorno.

E vi stupite se in salita ci viene più facile scendere a piedi???

L'unico motivo perchè ci piace salire in sella è semplice e pura SFIDA.

 

[Waldos]

Lascierei stare gli attriti, peraltro messi in ballo in modo quantomeno fantasioso, e mi concentrerei su come si comportano le forza in gioco nelle due azioni, pedalare e camminare.

Cominciamo dalla situazione di superficie liscia e piana.
Nella camminata le forze che vengono esercitate dal piede sul terreno sono quasi esclusivamente verticali, solo una piccola parte è utilizzata per l'avanzamento. Tutta quella utilizzata per alzare il corpo per permettergli di fare il passo viene, di fatto, persa. L'efficienza è molto bassa.
La bicicletta invece è molto più efficiente perché buona parte dello sforzo esercitato sui pedali viene utilizzato per l'avanzamento, il corpo è sostenuto dalla bici stessa. La perdita di energia in bici è quella tipica di un meccanismo biella manovella in cui la forza applicata in prossimità dei due punti morti (le pedivelle in posizione verticale) viene in puona parte dispersa, mentre è sfruttata al massimo quando le pedivelle sono orizzontali.

Questo è il motivo del successo della bici per gli spostamenti.

Quando la pendenza aumenta, l'efficienza della pedalata resta sostanzialmente la stessa, bisogna solo aggiungere la fatica che comporta l'aumento di quota, vale a dire l'accumulo di energia potenziale, mentre quello della camminata migliora, seppur di poco, perchè lo sforzo è più favorevole (l'angolo fra la direzione della forza e lo spostamento si chiude)

Nonostante questo sono convinto che, almeno fino a pendenze "ragionevoli" (30-40%) la pedalata resti il meccanismo più efficiente. Non facciamoci ingannare dal fatto che probabilmente non riesco a salire in bici un 40% mentre a piedi si, perché dobbiamo tenere conto dei diversi "rapporti" utilizzati.
In bici non è possibile salire a meno di 4 km/h per motivi di equilibrio, a piedi una camminata media con le pendenze sopra dette è attorno a 1 km/h.
In bici il rapporto minimo è di circa 1.4 m /pedalata, a piedi non c'è un rapporto minimo ma se equipariamo un giro di pedali a due passi stiamo ampiamente sotto il metro.
Quindi se avessimo una bici con le ruotine (o un triciclo), in modo da poter abbassare a piacimento la velocità, e un rapporto che ci consenta di stare sotto il metro per pedalata , probabilmente sarebbe ancora meno faticos salire in bici piuttosto che a piedi.

Altro aspetto importante da considerare è che non ci muoviamo su terreni lisci, e mentre questo è pressochè ininfluente, almeno dal punto di vista energetico, per chi procede a piedi, non lo è affatto per chi va in bici dove ogni urto contro un ostacolo disperde energia.

Concludendo, sono questi ultimi aspetti, mancanza di equilibrio, numero limitato di rapporti e irregolarità della superficie che fanno in modo che tutti noi, chi prima e chi dopo, siamo costretti a scendere e spingere.

bye

Fabio