Si dichiara che l'autore esclusivo del presente articolo è Michelusi Mattia. A quest'ultimo sono riservati tutti i diritti sull'opera quali l'adattamento totale o parziale, la diffusione e la riproduzione in qualsiasi mezzo in quanto frutto di ricerca e di elaborazioni personali.
Nel precedente articolo abbiamo visto alcuni concetti chiave chiarendo l'importanza di tenere in considerazione il peso dell'atleta e della bicicletta quando si va a valutare una prestazione in salita (Articolo: "Potenza in salita - Concetti chiave").
Con questo nuovo articolo cercheremo di capire nel dettaglio quali sono i fattori che intervengono e quanto incide il peso dell'atleta/bicicletta e la pendenza della salita.
Per fare ciò riprendiamo in mano gli studi effettuati da uno dei primi ricercatori ad analizzare in modo approfondito e quantitativo questo argomento, P. E. Di Prampero. Egli individuo' un’equazione del moto del ciclista che descrive i parametri che determinano la potenza meccanica erogata dal ciclista (Di Prampero et al. 1979).
W’ tot = W’est + W’ int
I punti di contatto tra il ciclista e la propria bicicletta sono cinque, suddivisi tra sella, pedali e manubrio. Il gesto atletico del ciclista abbatte quindi la quantità di lavoro meccanico interno (W' int) necessario al ciclista per accelerare gli arti inferiori, e di dedicare la quasi totalità della potenza prodotta per vincere le forze esterne (W' est).
West = Wr + Wa + Wg
Riassumendo quindi il lavoro meccanico che un ciclista deve compiere per avanzare dipende :
- dall’attrito dei pneumatici con il terreno e degli ingranaggi (Wr)
- dalla resistenza dell’aria (Wa)
- dal lavoro compiuto contro la forza di gravità (Wg)
Come si può vedere dal seguente grafico in salita la componente gravità (Wg) ha una maggior importanza a discapito della componente aerodinamica (Wa) e dell'attrito (Wr).
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| Intervento della componente attrito, aerodinamica e gravità a varie pendenze della strada (Velocità 20km/h) |
Ci soffermiamo quindi a studiare il lavoro compiuto per vincere la forza di gravità (Wg) che risulta la componente più importante in salita.
Wg = M ∙ g ∙ sen γ
- dalla massa del ciclista (M)
- dalla massa della bicicletta (M)
- dalla forza di gravità (g)
- dalla pendenza della salita (sen γ)
La forza di gravità e' un parametro costante (9,8m/s²), quindi i due fattori principali che intervengono sono la massa in kg (ciclista + bicicletta) e la pendenza della strada.
In questo grafico e' possibile analizzare la potenza che due atleti di peso differente devono erogare per avanzare a 15km/h a varie pendenze di strada (importante considerare come questi dati sono stati ricavati da calcoli matematici standardizzando alcuni parametri come il peso della bici, la velocità del vento, la densità dell'aria, al quota ecc):
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| Potenza che due ciclisti con peso differente devono erogare per avanzare a 15km/h su pendenze differenti |
L'atleta di 80kg e' costretto erogare una potenza da un 20-23% (a basse pendenze) fino a un 25-28% (pendenze più elevate) in più rispetto il ciclista di 60kg.
In altre parole in un salita di 5km al 5% affrontata a 300W il ciclista di 80kg impiegherà circa 2'30" in più rispetto un ciclista di 60kg. Se raddoppiamo la pendenza (10%), sempre a 300W, il ciclista di 80kg impiegherà circa 5'30"-6' in più rispetto un ciclista di 60kg.
Il divario tra un ciclista leggero e uno più pesante aumenta quindi all'aumentare della pendenza della strada.
Questo comunque non significa che in salita l'atleta più leggero avrà sempre la meglio su un atleta più pesante, in quanto ci sono vari fattori limitanti una prestazione di endurance come il VO2 Max, F - frazione di ossigeno utilizzabile e Cr - costo energetico (P. E. Di Prampero). Oltre a questi parametri ritengo fondamentale inserire anche il fattore resilienza (resistenza psicologica).
Si dichiara che l'autore esclusivo del presente articolo è Michelusi Mattia. A quest'ultimo sono riservati tutti i diritti sull'opera quali l'adattamento totale o parziale, la diffusione e la riproduzione in qualsiasi mezzo in quanto frutto di ricerca e di elaborazioni personali.
Mattia Michelusi
Email: mattia.michelusi@gmail.com
www.coachmichelusi.blogspot.it
Altri articoli riguardo la scienza applicata allo sport nel seguente link: Scienza e Sport
Bibliografia:
Di Prampero PE, Cortili G, Mognoni P, Saibene F. Equation of motion of a cyclist. J Appl Physiol. 1979 Jul; 47 (1): 201-6
Di Prampero P. E. La locomozione su terra, aria e acqua. Fatti e teorie. Edi-ermes Milano 1985
Di Prampero. Cycling on Earth, in space, on the Moon. Eur J Appl Physiol. 2000 Aug;82(5-6): 345-60
Bragato D, Antonutto G, Plaino L,:Tesi di laurea: Determinazione della potenza critica in ciclisti dilettanti (categoria Under 23 – Elite)
Olds T.S., K.I. Norton, and N.P. Craig. Mathematical model of cycling performance. J. Appl. Physiol. 75 (2): 730-737, 1993
Michelusi M, Capelli C, Colli R: Tesi di laurea specialistica: Modello di prestazione del ciclista della categoria Elite/Under 23: analisi della potenza meccanica e metabolica erogata (2011)
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