SCIENZA&SPORT. Scienza per capire lo sport Sport per capire la scienza LA FISICA E LA BICICLETTA

Documenti analoghi
FISICA DELLA BICICLETTA

1. calcolare l accelerazione del sistema e stabilire se la ruota sale o scende [6 punti];

Forze, leggi della dinamica, diagramma del. 28 febbraio 2009 (PIACENTINO - PREITE) Fisica per Scienze Motorie

. Si determina quindi quale distanza viene percorsa lungo l asse y in questo intervallo di tempo: h = v 0y ( d

Aprile (recupero) tra una variazione di velocità e l intervallo di tempo in cui ha luogo.

percorso fatto sul tratto orizzontale). Determinare il lavoro (minimo) e la potenza minima del motore per percorrere un tratto.

Esercitazione 5 Dinamica del punto materiale

F S V F? Soluzione. Durante la spinta, F S =ma (I legge di Newton) con m=40 Kg.

Forze come grandezze vettoriali

FISICA MATEMATICA 1 A.A. 2014/15 Problemi dal libro di testo: D. Giancoli, Fisica, 2a ed., CEA Capitolo 6

GIROSCOPIO. Scopo dell esperienza: Teoria fisica. Verificare la relazione: ω p = bmg/iω

GIRO DELLA MORTE PER UN CORPO CHE SCIVOLA

DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE E CONCETTO DI FORZA. Dinamica: studio delle forze che causano il moto dei corpi

9. Urti e conservazione della quantità di moto.

Lo spazio percorso in 45 secondi da un treno in moto con velocità costante di 130 km/h è: a) 2.04 km b) 6.31 km c) 428 m d) 1.

CORPO GIREVOLE ATTORNO AD UN ASSE E MOMENTI. TORNA ALL'INDICE

Problemi di dinamica del punto materiale (moto oscillatorio) A Sistemi di riferimento inerziali

Fisica Generale I (primo modulo) A.A , 19 Novembre 2013

GIRO DELLA MORTE PER UN CORPO CHE ROTOLA

Modulo di Meccanica e Termodinamica

Lavoro di una forza costante

La forza. In movimento Marietti Scuola 2010 De Agostini Scuola S.p.A. Novara

v = 4 m/s v m = 5,3 m/s barca

2 R = mgr mv2 0 = E f

DINAMICA. 1. La macchina di Atwood è composta da due masse m

Insegnamento di Fondamenti di Infrastrutture viarie

distanza percorsa in 12s x-x 0 =v i t+1/2 at 2 =(70/3.6)*12 +1/2*(-1.41)*12 2 =1.3*10 2 m

Cosa determina il moto? Aristotele pensava che occorresse uno sforzo per mantenere un corpo in movimento. Galileo non era d'accordo.

Nome..Cognome.. Classe 4G 4 dicembre VERIFICA DI FISICA: lavoro ed energia

Energia e Lavoro. In pratica, si determina la dipendenza dallo spazio invece che dal tempo

Usando il pendolo reversibile di Kater

Seminario didattico Ingegneria Elettronica. Lezione 5: Dinamica del punto materiale Energia

Progetto La fisica nelle attrazioni Attrazione NIAGARA Dati Utili

Nome e Cognome. Nella copia da riconsegnare si scrivano solo il risultato numerico e la formula finale. Non riportare tutto il procedimento.

Cap 3.1- Prima legge della DINAMICA o di Newton

Fig. 1. ove v è la velocità raggiunta dal punto alla quota h e g è l accelerazione di gravità:

Forza. Forza. Esempi di forze. Caratteristiche della forza. Forze fondamentali CONCETTO DI FORZA E EQUILIBRIO, PRINCIPI DELLA DINAMICA

BIOMECCANICA A A P r o f. s s a M a r i a G u e r r i s i D o t t. P i e t r o P i c e r n o

Lunedì 20 dicembre Docente del corso: prof. V. Maiorino

A A BIOMECCANICA. P i e t r o P i c e r n o, P h D

ENERGIA. Energia e Lavoro Potenza Energia cinetica Energia potenziale Principio di conservazione dell energia meccanica

LA CORRENTE ELETTRICA

LICEO SCIENTIFICO STATALE MARIE CURIE Savignano s. R. (FC) CLASSE 3C ESERCIZI SU MOMENTO ANGOLARE-ROTOLAMENTO. Esercizio.

Moto sul piano inclinato (senza attrito)

bensì una tendenza a ruotare quando vengono applicate in punti diversi di un corpo

Esercitazione VIII - Lavoro ed energia II

RESISTENZA DEL MEZZO [W] [kw] Velocità m/s. Adimensionale Massa volumica kg/m 3. Sezione maestra m 2 POTENZA ASSORBITA DALLA RESISTENZA DEL MEZZO:

Parte I: Meccanica della locomozione ed armamento

Seconda Legge DINAMICA: F = ma

Progetto La fisica nelle attrazioni Attrazione ISPEED

F 2 F 1. r R F A. fig.1. fig.2

a t Esercizio (tratto dal problema 5.10 del Mazzoldi)

GEOMETRIA DELLE MASSE

Esempio Esame di Fisica Generale I C.d.L. ed.u. Informatica

LA FORZA. Il movimento: dal come al perché

Forze Conservative. Il lavoro eseguito da una forza conservativa lungo un qualunque percorso chiuso e nullo.

prof.ri Domenico Di Molfetta, 1

Verifica di Fisica- Energia A Alunno. II^

Verifica sperimentale del principio di conservazione dell'energia meccanica totale

Questionario. figura il filo si rompe. Quale traiettoria segue la boccia?

PROPULSORE A FORZA CENTRIFUGA

Idrostatica Correnti a pelo libero (o a superficie libera) Correnti in pressione. Foronomia

I.C.S. GIRGENTI IV ASPRA

Pratica della velocita

Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Agrarie

Università degli studi di Salerno corso di studi in Ingegneria Informatica TUTORATO DI FISICA. Lezione 5 - Meccanica del punto materiale

Q 1 = C carica numero 1 Q 2 = C carica numero 2 forza esercitata tra le cariche distanza tra le cariche, incognita

LEZIONE 7. Esercizio 7.1. Quale delle seguenti funzioni è decrescente in ( 3, 0) e ha derivata prima in 3 che vale 0? x x2. 2, x3 +2x +3.

A. Maggiore Appunti dalle lezioni di Meccanica Tecnica

Test di autovalutazione Corso di Laurea in Tossicologia dell ambiente e degli alimenti

La caratteristica meccanica rappresenta l'andamento della coppia motrice C in

Insegnamento di Fondamenti di Infrastrutture viarie

Corso di Laurea in Farmacia Verifica in itinere 3 dicembre 2014 TURNO 1

Il Torque Converter Intro. Il Torque Converter Funzionamento (base)

CONI FIPCF LO STRAPPO CORSO DI AGGIORNAMENTO PER TECNICI DI PESISTICA E CULTURA FISICA

PUNTATE ALLE STELLE. INFORMAZIONI SU RUOTE COMPLETE E PNEUMATICI ORIGINALI BMW/MINI CON IL MARCHIO DELLA STELLA.

Prova scritta di Fisica Generale I Corso di studio in Astronomia 22 giugno 2012

Scelta e verifica dei motori elettrici per gli azionamenti di un mezzo di trazione leggera

Concetto di forza. 1) Principio d inerzia

CONSERVAZIONE DELL ENERGIA MECCANICA

Ricordiamo ora che a è legata ad x (derivata seconda) ed otteniamo

Quanta scienza in. una siringa?

CLUB ALPINO ITALIANO COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE

APPLICATION SHEET Luglio

A. 5 m / s 2. B. 3 m / s 2. C. 9 m / s 2. D. 2 m / s 2. E. 1 m / s 2. Soluzione: equazione oraria: s = s0 + v0

Corso aggiornamento allenatori Comitato Provinciale di Modena

Capitolo V. I mercati dei beni e i mercati finanziari: il modello IS-LM

Piattaforma. HINOWA SPA Via Fontana NOGARA - VERONA (ITALY) Tel Fax mbighellini@hinowa.it -

Per prima cosa si determinano le caratteristiche geometriche e meccaniche della sezione del profilo, nel nostro caso sono le seguenti;

Insegnamento di Fondamenti di Infrastrutture viarie

PROVE SU PISTA. Sensore pressione freno. Sensore pressione freno:

ISTITUZIONE SCOLASTICA Via Tuscolana, Roma Sede associata Liceo-Ginnasio ''B.Russell" Verifica sommativa di Fisica


Capitolo 13: L offerta dell impresa e il surplus del produttore

MECCANICA. 2. Un sasso cade da fermo da un grattacielo alto 100 m. Che distanza ha percorso dopo 2 secondi?

SOLUZIONE DEL PROBLEMA 1 TEMA DI MATEMATICA ESAME DI STATO 2015

Soluzione degli esercizi sul moto rettilineo uniformemente accelerato

L EQUILIBRIO UNIVERSALE dalla meccanica celeste alla fisica nucleare

Esercizi sul moto rettilineo uniformemente accelerato

INTEGRATORE E DERIVATORE REALI

Transcript:

SCIENZA&SPORT Scienza per capire lo sport Sport per capire la scienza LA FISICA E LA BICICLETTA

La bicicletta come laboratorio equilibrio avanzamento cambio di direzione bilancio energetico meccanica

Concetti esplorabili attrito rotolamento trasmissione momento di una forza produzione energetica muscolare

LIVELLO AMBIENTE caratteristiche generali ASPETTI DOMINANTI GRAVITÀ - ATTRITI forze naturali: uguali per tutti ATTREZZO caratteristiche specifiche GEOMETRIE - PROPRIETÀ MECCANICHE tecnologie costruttive: variabili da attrezzo ad attrezzo CORPO UMANO caratteristiche atletiche MOVIMENTI biomeccanica: abilità individuali

Tipi di attrezzo bicicletta da strada bicicletta da pista mountain bike / freeride bmx downhill trial tricicli monocicli

Praticamente tutti sappiamo andare in bicicletta ma pochissimi sanno perché riusciamo a farlo; anche la conoscenza della sua meccanica è generalmente scarsa, pur essendo la bicicletta una delle più geniali e importanti invenzioni della storia dell umanità.

La complessità del sistema uomo-bicicletta risulta così elevata che: risolvere il problema dell interazione uomo-macchina nel caso del volo è di gran lunga più facile che studiare l equilibrio di una bicicletta, dal momento che nel primo caso il pilota è molto più leggero dell aereo (Bicycling Science - D. G. Wilson)

Poiché il lavoro sulla bicicletta può essere protratto per lungo tempo anche da individui scarsamente o per nulla allenati, questo attrezzo permette di studiare le diverse fasi della produzione energetica a livello muscolare, mettendo bene in evidenza i passaggi attraverso le diverse fasi di resintesi dell ATP.

EQUILIBRIO una ruota libera rotola in equilibrio sino a quando la sua velocità / velocità angolare non scende al di sotto di un valore di soglia se blocchiamo il movimento del manubrio non riusciamo a rimanere in equilibrio, qualunque sia la velocità annullando il momento angolare della ruota anteriore siamo ancora capaci di rimanere in equilibrio D. E. Jones, Physics Today, Aprile 1970

Dobbiamo concludere che se per la ruota libera l equilibrio è di tipo giroscopico, lo stesso non vale nel caso di una bicicletta, in caso contrario Mr. Jones sarebbe caduto. Il ruolo della ruota anteriore risulta fondamentale per l equilibrio, anche senza l intervento umano.

T

ϕ

Angolando il manubrio spostiamo l asse sellapivot fuori dalla linea congiungente i due punti di contatto delle ruote sul terreno - la ruota posteriore ruota attorno alla zona di appoggio - la rigidità del triangolo porta la bicicletta ad inclinarsi dalla stessa parte la bicicletta inizia a curvare nel verso dell inclinazione si genera una accelerazione centrifuga applicata al centro di massa che riporta la bicicletta verso la verticale tutto questo accade anche senza alcun intervento da parte del ciclista

Se la distanza T fosse uguale a zero l accelerazione centrifuga farebbe immediatamente cadere la bicicletta nel verso opposto alla curva se il manubrio è bloccato la bicicletta si comporta come un pendolo invertito e una volta perso l equilibrio non può più recuperarlo

Osservando il tracciato lasciato dalle ruote di una bicicletta vedremo che entrambe hanno un moto oscillatorio, quella anteriore più ampio di quella posteriore Ruota posteriore Ruota anteriore

In funzione del raggio di curva e della velocità il ciclista dovrà utilizzare il proprio corpo per bilanciare la forza centrifuga che lo farebbe cadere verso l esterno, talvolta utilizzando posizioni in angolazione simili a quelle adottate dagli sciatori.

Forza centrifuga Spostamento del centro di massa per evitare di cadere all interno Reazione vincolare (componente centripeta)

La situazione illustrata mostra il comportamento nell esecuzione di curve strette a velocità relativamente bassa maggiore la velocità, minore sarà l angolazione del ciclista che dovrà invece spostare più massa verso l interno della curva per compensare il momento generato dalla forza centrifuga

Nel caso di salite molto ripide, con terreno instabile è necessario spostare il centro di massa molto avanti per evitare la perdita di aderenza della ruota anteriore, esercitando contemporaneamente una pressione sulla ruota posteriore sufficiente a fornire la spinta senza slittamenti I tre punti in cui si scarica il peso del ciclista durante una salita

In discese molto ripide si deve avvicinare il centro di massa al terreno spostandolo il più lontano possibile dal manubrio; questo perché ogni decelerazione provoca l insorgere di un momento rispetto al punto di contatto della ruota anteriore dovuto all inerzia del centro di massa. Allo scopo di ridurne gli effetti si adotta la tecnica del fuorisella. I

Il ciclista esercita una forza propulsiva Fp contro il terreno. Per mantenere una velocità costante questa deve essere uguale alla somma delle forze contrarie al movimento. Queste sono: resistenza dell aria F a resistenza del piano inclinato F s resistenza al rotolamento F r resistenza dovuta al terreno irregolare F b F p - (F a + F s + F r + F b ) = F Acc = ma

Il sistema di trasmissione della bicicletta presenta la possibilità di utilizzare un certo numero di combinazioni corona-pignone in modo da fornire al ciclista una leva favorevole per ogni diversa tipologia di percorso. Il rapporto tra la velocità della pedalata e quella rispetto al terreno è dato, trascurando gli attriti, da:

Possiamo esprimere le forze in gioco nelle forme seguenti (tralasciamo le irregolarità del terreno): Attrito aria: F a = K a (v + v w ) 2 {K a = [0.1 0.3]} drag factor velocità dell aria Pendenza: F s = mg sin(α) pendenza Rotolamento: F r = C r mg {C r = [2 10-3 8 10-3 ]} coefficiente attrito

Tenendo conto, attraverso il coefficiente η, delle perdite dovute agli attriti delle parti meccaniche in movimento, possiamo scrivere un espressione per la potenza sviluppata dal ciclista: potenza sviluppata dal ciclista W p = W c η = F p v = [K a (v + v w ) 2 + mg (sin(α) + C r )]v potenza erogata dalla ruota motrice

Esempio di calcolo: massa ciclista = 55.9 kg (Pantani) massa bicicletta = 7.3 kg distanza percorsa = 13.84 km (Alpe d Huez) pendenza = 7.9% α = 4.5 sin(α) = 0.08 velocità media = 6.12 m/s = 22 km/h Si ha: peso sistema = (55.9 + 7.3) 9.8 = 619.4 N F s = 619.4 0.08 = 49.5 N F a = K a v 2 = 0.3 (6.12) 2 = 11.2 N F r = C r mg = 0.003 619.4 = 1.9 N Per cui: F = F a + F s + F r = 11.2 + 49.5 + 1.9 = 62.6 N

La potenza erogata è quindi: W p = 62.6 6.12 = 383 W Che assumendo per η un valore di 0.95 ci da: W c = W c /η = 383 : 0.95 = 403 W mantenuti per circa 38 minuti.

BIBLIOGRAFIA Whitt, Frank Ro wl an d Davi d Gordo n Wilso n, Bicycling Science (Cambridge, Mass.: The MIT Press, 1994) Jones, David E.H., "The Stability of the Bicycle", Physics Today (April 1970) Banten, D. and C. Miller, "The Geometry of Handling", Bicycling (Emmaus, Pa., July 1980)

Grazie per l attenzione!