18/11/02
Le NORME nel campo dell'industria stanno diventando ogni giorno di più un dato di fatto, quelle Europee ci toccano tutti da vicino, non c'è un prodotto che non rechi stampigliato " a norme CEE", ebbene finalmente anche l'industria della biciclette ha le sue norme; è stato compito della UNI (ente Nazionale di Unificazione Italiana) e della ISO (International Standardizing International), assieme ai rappresentanti dell'industria, portare in porto tutto il complesso problema.
Queste due organizzazioni hanno pubblicato due volumi, uno riguardante la terminologia e l'altro la sicurezza (sono piuttosto costosi, roba da fabbricante, però se qualcuno volesse divertirsi......chi scrive ha lavorato per anni nel campo delle normative, purtroppo non per le bici però, e posso assicurare che è un campo dove si scoprono anche tante "curiosità" interessanti).
Torniamo al nostro sterzo, tutto quanto scritto prima serve per arrivare a dire che siamo in grado di definire con chiarezza e senza equivoci i parametri del sistema di sterzo; il disegno che segue le illustra.
Riepilogando:
le Norme stabiliscono cosa sono: la FRECCIA, lo AVANCORSA, l' ANGOLO DELLO STERZO, il PUNTO DI INTERSEZIONE e stabiliscono pure la ZONA, rapportata al raggio della ruota, entro la quale deve capitare questo punto.
Vista la geometria dello sterzo, vengono spontanee le seguenti domande:
-- perché é così?
-- a cosa serve la FRECCIA?
-- a cosa serve l' AVANCORSA?
Partiamo dalla lontana osservando i tre disegni A,B,C che seguono.
La situazione A illustra un sistema di sterzo praticamente inservibile; ogni ostacolo che si dovesse trova davanti alla ruota diventerebbe una facile causa per farla girare indietro, essendo fulcrata al punto B (prolungamento dell'asse dello sterzo), che si trova DIETRO A, punto di appoggio della ruota; in questo caso si dice che l'AVANCORSA è NEGATIVA.
La situazione B presenta un assetto neutro, è praticamente l' assetto dei tricicli dei bambini dove non esistono problemi di stabilità ma solo di facilità di costruzione e di bassi costi.
La situazione C presenta un assetto con AVANCORSA POSITIVA, il fulcro è davanti al punto "disturbabile"; qualunque ostacolo che potrà incontrare la ruota, non la farà mai girare indietro; la FRECCIA corrisponde all'avancorsa.
É un sistema normalmente applicato ai carrelli di trasporto bagagli, i carrelli dei supermercati ecc. però, non essendo il perno di sterzo inclinato, la ruota non ha alcuna forza (come vedremo dopo) che la costringa a marciare diritta , basta una piccola irregolarità del terreno che la ruota "sfarfalla" (si nota benissimo in quei tipi di carrelli).
Riassumiamo le caratteristiche dei due tipi di AVANCORSA perché sono basilari per ben comprendere il lavoro dello sterzo della bici.
Quella negativa "spinge" la ruota (vedi A) e questa si sposta lateralmente facilmente ad ogni tipo di forza applicata (ostacolo, vento ecc.).
Quella positiva invece "tira" la ruota (vedi C) e quindi tende a portarla fuori dalla situazione anomala.
La questione se la bici è tirata o spinta può essere verificata facilmente da tutti; prendete la bici per la sella, tenetela diritta e spingetela, la bici va avanti diritta senza problemi, anche se trova una buca, come se ci fosse uno davanti a voi che la tira con una corda. Ora, sempre tenendola per la sella, camminate indietro, la bici comincerà a fare le bizze perché la ruota anteriore si mette per traverso. in pratica la spingete indietro
Nel caso della figura A succederebbe esattamente il contrario.
Vengono qui illustrate altre tre situazioni.
Il primo disegno (D) rappresenta una situazione di sterzo particolare; potrebbe andare bene per qualsiasi bicicletta ma presenta lo svantaggio che ogni irregolarità del suolo viene trasmessa direttamente alle braccia del ciclista. Le bici da pista, per le quali non ci sono problemi di irregolarità, hanno il sistema di sterzo che si avvicina alla situazione D, però lo sterzo è decisamente più "in piedi" rispetto il disegno, l'avancorsa è minimo, la bici è più pronta per gli scarti effettuati a "tutta".
Il disegno E rappresenta la situazione classica, l'asse dello sterzo potrà essere più o meno inclinato (variazione dell' avancorsa), la curvatura della forcella potrà essere anch'essa più o meno accentuata (variazione della freccia), ma il sistema non si discosta da quello rappresentato in E.
Il disegno F rappresenta una forcella con curvatura invertita, l'avancorsa è molto accentuato, il che significa molta stabilità e la bici risulta più corta. Questo è il sistema di sterzo usato per le bici da corsa dietro moto (stayers) dove serve molta stabilità e serve essere il più possibile vicino alla moto per prendere meno aria (si viaggia ad alte velocità); per questo motivo queste bici hanno anche la ruota anteriore più piccola.
Tutto quanto detto sopra serve per curvare, e curvare in sicurezza.
Il sistema di sterzo della bici è qualcosa di veramente eccezionale; non credo sia il frutto di studi seriosi, ma sia il risultato di esperienze e osservazioni fatte dai primi costruttori e dai primi pedalatori. Ci permette di viaggiare e curvare anche "senza mani", e soprattutto di non doverci preoccupare di rigirare il manubrio dopo la curva, il sistema di sterzo fa tutto da solo, il sistema è fatto per andare diritto, per usare un termine automobilistico, è un sistema"sottosterzante".
Gai nel quaderno n. 2 "PERCHÉ LA BICI VA DIRITTA" si spiegava uno dei motivi del perché appunto la bici va diritta; questa ragione tecnica, lo rammentiamo, è dovuta all'innalzamento del telaio ( e del pedalatore) ogni volta che si gira il manubrio.
La bici, come ogni corpo esistente sulla terra, é soggetta alla forza di gravità, e come ogni altro corpo lasciato libero, tende a ritornare al basso, il che nel nostro caso equivale ad andare diritto.
Il disegno che segue (preso da detto quaderno ) evidenzia che, per una dimostrativa sterzata di 180°, il telaio si alza di quasi 5 centimetri; la tabella elenca diversi innalzamenti per vari tipi di sterzo e per vari angoli.
TABELLA 1
calcolo del sollevamento in cm. del telaio per vari angoli di sterzata e per vari tipi di bici aventi diversi angoli di inclinazione dello sterzo e della forcella e
ANG PISTA CORSA TRASPORTO
75°/72° 72°/64° 70°/60°
05° 0,002 0,006 0,009
10° 0,007 0,021 0,034
20° 0,028 0,085 0,134
30° 0,062 0,188 0,297
40° 0,109 0,328 0,519
90° 0,464 1,4 2,215
Questo ultimo valore è puramente dimostrativo
Assodato quanto sopra, analizziamo ora il gioco dell'avancorsa nel momento della curva.
Quello che succede al momento della curva, penso che lo si potrà capire meglio osservando il sistema sterzo dal punto di vista del canotto dello sterzo, cioè guardando il sistema dal di sopra della vite dell'espander del manubrio.
Ciò che si vede è rappresentato dal disegno che segue.
Però prima però di osservare il disegno dobbiamo scordare ciò che notiamo quando giriamo lo sterzo con la ruota anteriore sollevata; in questa situazione lo sterzo è un semplice organo meccanico che facciamo ruotare attorno ad un perno (il canotto dello sterzo, il cui prolungamento sarebbe il punto B) senza alcun impedimento, ma non è la situazione reale, quando la bici è appoggiata a terra con tutto il peso del ciclista, lo sterzo incontra degli ostacoli al suo girare, ostacoli che ora andiamo a vedere.
Il disegno che segue mette in evidenza i due modi di girare lo sterzo, sia quello che dobbiamo scordare e sia quello che si fa in pratica.
La prima situazione illustrata, (teorica = quella che dobbiamo scordare) non può esistere in pratica perché vorrebbe dire far scivolare il punto A sul terreno, vorrebbe dire non avere alcuna "presa" della gomma sul suolo.
La seconda situazione è quella che avviene in pratica; il sistema tende a ruotare attorno al punto A ed il punto B si sposta verso la nuova direzione.
In questa situazione il baricentro del complesso uomo-bici non si trova più sulla retta ideale che unisce le due ruote, ma viene a cadere entro il triangolo ipotetico, più o meno stretto in relazione all'angolo di curva, compreso tra:
--il punto di contatto a terra della ruota posteriore
-- la linea del telaio
-- il punto di contatto a terra della ruota anteriore.
Il disegno che segue, già base del quaderno n. 1 "PERCHÉ LA BICI STA IN PIEDI, illustra detta situazione di sbilanciamento.
Nelle due situazioni sopra illustrate la linea del baricentro viene a cadere entro il triangolo di base formatosi e quindi la bici ed il ciclista, si piegano verso quel lato.
Segue lo schema di un ciclista nel mentre sta curvando, sono messe in evidenza le varie forze in gioco.
-- S rappresenta l'asse dello sterzo che si prolunga fino al punto B
-- A è il punto dove appoggia la ruota, la distanza tra A e B è l'avancorsa
-- T rappresenta la traiettoria della curva
-- i due vettori RH rappresentano la reazione orizzontale del suolo (tenuta della gomma)
-- i due vettori RV rappresentano la reazione verticale del suolo (sopportazione del peso)
Anche qui si può notare il contributo dell'avancorsa alla stabilità della bici, il punto B, spinto dal ciclista, tende ad andare a sinistra, mentre la reazione orizzontale RH anteriore si oppone a questo sforzo, cioè tende a far ritornare la ruota anteriore sulla "retta via".
La posizione del ciclista durante la curva verrà analizzata in un prossimo quaderno.
Sono convinto che tutti (o quasi) i ciclisti sanno benissimo come pedalare e come curvare senza aver letto alcun libro o articolo in merito; forse il problema dell'avancorsa e della funzionalità del sistema di sterzo non li sfiora nemmeno e tutto funziona ugualmente, basta che detto sterzo non balli, che non si impallini, che non diventi duro, ecc. ecc., e va bene, però sono anche convinto che un leggero "studio", una pur minima conoscenza della macchina che stanno usando può sempre tornare loro utile; conoscendo la macchina la si apprezza di più (non per il costo), si può arrivare anche a pedalare meglio, con maggior rendimento e con maggio soddisfazione.
( Lino Succhi )