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La postura più efficiente in bicicletta? Tutta questione di aerodinamica

È noto che i ciclisti professionisti scelgono di affidarsi alle gallerie del vento per testare l’aerodinamica della propria postura e del proprio mezzo. In questo articolo scopriamo come e perché l’aerodinamica influisce fortemente sulle prestazioni dei corridori.

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Quando ci si muove all’interno di un fluido, sia esso un gas come l’aria o un liquido come l’acqua, si avverte un effetto resistente che si oppone al nostro moto. Provate a pensare, ad esempio, quando si prova a camminare con le gambe immerse in acqua. Lo stesso vale altresì nel caso in cui ci si muova sulla terra ferma, tuttavia, l’effetto resistente in questo caso è meno evidente, perlomeno a basse velocità. Difatti, la resistenza dell’aria durante una tranquilla camminata all’aria aperta è praticamente impossibile da percepire. Viceversa, l’effetto della stessa durante una rapida discesa in bicicletta è tutt’altro che trascurabile, motivo per cui molti ciclisti professionisti scelgono attivamente di perfezionare la loro postura durante la pedalata.

Per capire l’importanza della resistenza aerodinamica nel ciclismo vi basti pensare che dal 70% al 90% della potenza generata dalle gambe di un ciclista viene spesa per contrastare la resistenza aerodinamica! A tal proposito, l’efficacia di una corretta posizione aerodinamica è stata anche dimostrata – in modo decisamente pragmatico – dal ciclista Michael Guerra, il quale si è fatto riprendere in video in una posizione ribattezzata “superman” che è presto diventa virale su internet.

Cos’è la resistenza aerodinamica?

La resistenza aerodinamica, meglio conosciuta con il suo nome inglese di drag, è una forza che agisce su un corpo in moto all’interno di un fluido. In realtà lo stesso vale anche nel caso in cui il corpo sia fermo ed il fluido si muova, ma non complichiamo troppo le cose dal momento che ci stiamo concentrando su un’applicazione specifica. In qualità di forza, il drag tende a decelerare il ciclista e di conseguenza aumenta lo sforzo fisico necessario a mantenere la velocità costante o altresì ad aumentarla. Questa forza nasce dall’interazione fra il fluido e il corpo stesso, in particolare, tradizionalmente si identificano due componenti del drag: il form drag e lo skin friction drag. Come suggeriscono i termini, il primo è legato alla forma del corpo in movimento, mentre il secondo è legato alla viscosità del fluido.

Per capire il concetto in modo intuitivo immaginatevi una piastra sottile immersa in un flusso d’aria. Quando la piastra è perpendicolare al flusso, l’aria si schianta su di essa aumentando localmente la pressione e generando di conseguenza una forza che è principalmente legata “all’estensione della piastra”, ovvero alla sua area frontale. Al contrario, quando la piastra è parallela al flusso, l’aria tende a “trascinare” la piastra agendo di taglio.

Schematizzazione di una piastra in una galleria del vento. Le linee grigie rappresentano la direzione di movimento dell’aria. L’intensità della resistenza aerodinamica è notevolmente maggiore nel caso della piastra perpendicolare (a sinistra), ma anche la piastra parallela (a destra) risente di una certa azione di trascinamento.

Da un punto di vista più tecnico il drag si quantifica mediante un’equazione che potrebbe sembrare piuttosto complicata ad un primo sguardo, tuttavia, una volta compreso il ruolo dei singoli termini il fenomeno si “spiega praticamente da solo”.

Nell’equazione del drag ρ è la densità del fluido, V è la velocità indisturbata del fluido che nel nostro caso specifico è quella del ciclista, Cd è il drag coefficient (in italiano coefficiente di resistenza aerodinamica) e da ultimo A è l’area frontale del corpo in movimento. Come prima cosa si nota subito che il drag aumenta col quadrato della velocità e perciò il suo contributo diventa tanto più importante quanto più veloce ci si muove. Per questo motivo se state camminando in una giornata soleggiata e senza vento non vi accorgerete nemmeno di essere rallentati dall’aria che vi circonda, proprio come vi accennavamo ad inizio articolo. La seconda cosa interessante da notare è che il drag aumenta all’aumentare della densità del fluido. Perciò, considerando che la densità dell’aria è di circa 1.2 kg/m3 e che quella dell’acqua è di 1000 kg/m3, capite bene perché camminare in acqua sia molto più faticoso che sulla terra ferma!

Solo cambiando l’orientamento della semisfera è possibile ottenere una riduzione del 66% sul drag coefficient
Credits: Yunus A. Cengel, John M. Cimbala, Meccanica dei Fluidi, McGraw-Hill, 2014

Ad ogni modo, per un ciclista i parametri più importanti sono il drag coefficient e l’area frontale, in quanto questi possono essere ottimizzati assumendo una postura corretta. Riducendo l’area frontale si può ridurre l’effetto del form drag, cosa abbastanza intuitiva questa. Pensate ad esempio ad una vela: tanto più grande è la superficie e tanto maggiore sarà la forza generata dall’aria sulla barca. Meno semplice, invece, è comprendere il ruolo del drag coefficient. Questo termine sostanzialmente determina l’efficienza della forma aerodinamica di un corpo. Prendete ad esempio due semisfere con lo stesso raggio e quindi aventi la stessa area frontale, se la semisfera è rivolta contro l’aria che la impatta, il drag coefficient viene ridotto del 66 %. Per riassumere in modo semplice ciò che accade in questo caso, si può pensare che un corpo sia tanto più aerodinamico quanto più agevole viene reso il percorso dell’aria attorno ad esso.

Migliorare l’efficienza aerodinamica in bicicletta

Un interessante studio condotto da un team di ricercatori dal Belgio e Olanda ha quantificato l’efficienza aerodinamica di alcune posizioni assunte in bicicletta da ciclisti professionisti durante una ipotetica discesa. Lo studio è stato condotto mediante prove sperimentali in galleria del vento e simulazioni CFD (dall’inglese Computational Fluid Dynamics) al computer.

Aerodinamica bicicletta
Risultati delle analisi condotte su undici diverse posture adottabili durante una discesa in bici per migliorare l’aerodinamica. Il tempo all’interno dei riquadri colorati indica il ritardo, rispetto alla posizione più efficiente, nel completare un’ipotetica discesa di 5 km ad una velocità di 20 m/s.
Credits: Blocken, van Druenen, Toparlar e Andrianne, Aerodynamic analysis of different cyclist hill descent positions, Elsevier 2018)

I risultati mostrano come le posizioni più accovacciate, ovvero quelle che tendono a ridurre l’area frontale, garantiscano risultati migliori. Inoltre, le posizioni in cui il corpo del ciclista “scherma” il sellino sembrano portare a condizioni aerodinamiche più favorevoli. Questo accade perché la zona del sellino risulta critica dal punto di vista aerodinamico. Difatti, se il flusso d’aria non viene “convogliato” in modo graduale verso il sellino della bici, si viene a formare una zona di ricircolo in cui l’aria tende a rimanere “bloccata” che va poi ad inficiare così l’aerodinamicità del sistema.

Simulazione realizzata mediante software SIMSCALE in cui si evidenzia il profilo di velocità dell’aria attorno ad un ciclista in discesa a 50 km/h. Da notare come quando il sellino viene “schermato” dal ciclista, la scia blu dietro al sellino rappresentante la zona di ricircolo si riduca.
Credits: Churazova, Aerodynamics of Cycling Explained Through CFD, SIMSCALE 2020

Articolo a cura di Axel Baruscotti

FONTI VERIFICATE

  • Blocken, Bert, Thijs van Druenen, Yasin Toparlar, e Thomas Andrianne. «Aerodynamic analysis of different cyclist hill descent positions.»
  • Simscale Blog – Aerodynamics of Cycling Explained Through CFD
  • The Exploratorium – Aerodynamics
  • Yunus, A. Cengel, e M. Cimbala John. Meccanica dei fluidi. Milano: McGraw-Hill Education (Italy), 2014

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