Ogni locomozione umana è costituta da un lavoro meccanico che devono compiere i muscoli interessati per un determinato movimento; il lavoro meccanico totale (Wtot) è quindi il risultato della somma del lavoro esterno (West), che consiste nel lavoro compiuto per vincere le forze esterne con l’obiettivo di ottenere lo spostamento del centro di massa, con il lavoro interno (Wint), cioè le variazioni di energia cinetica dei segmenti corporei i cui spostamenti non causano uno spostamento del centro di massa, ma servono per accelerare o decelerare i segmenti corporei rispetto il centro di massa stesso, per vincere le resistenze dei tessuti corporei.
I punti di contatto tra il ciclista e la propria bicicletta sono cinque, suddivisi tra sella, pedali e manubrio. Questo permette al centro di massa di rimanere ad un’altezza costante rispetto al terreno, a differenza ad esempio della corsa a piedi dove c’è una continua variazione dell’altezza del centro di massa. Questa standardizzazione del gesto atletico permette al ciclista di compiere un lavoro in quantità minore per accelerare gli arti inferiori, mentre quasi esclusivamente per vincere le forze esterne che sono costituite dagli attriti dovuti al rotolamento dei pneumatici sul terreno, dai vari ingranaggi della bicicletta (movimento della catena sui pignoni e corone, rotazioni mozzi delle ruote, movimento pedivelle rispetto il movimento centrale dei pedali), dalla resistenza dell’aria e dalla forza di gravità (che interagisce quando il ciclista avanza in salita). Tutti questi fattori variano a secondo del luogo, del mezzo utilizzato, della posizione assunta dal ciclista e delle caratteristiche del percorso.
Riassumendo quindi il lavoro meccanico esterno (West), che è espresso in J/m, è dato dall’attrito dei pneumatici con il terreno e degli ingranaggi (Wr espresso in J/m), dalla resistenza dell’aria (Wa espresso in J/m) e dal lavoro compiuto contro la forza di gravità (Wg espresso in J/m).
West = Wr + Wa + Wg
A riguardo P. E. di Prampero fu uno degli studiosi più importanti, che infatti analizzò in modo approfondito questo argomento, individuando un’equazione di moto del ciclista, descrivendo così quali sono i parametri che vanno a determinare la potenza meccanica erogata dal ciclista (Di Prampero, P. E., G. Cortili, P. Mognini, e F. Saibene, Equation of motion of a cyclist.- 1979).
Moltiplicando infine il West (J/m), per la velocità di percorrenza (espressa in m/s), si ottiene la potenza meccanica esterna (W’est che si esprime in Watt) che il ciclista deve erogare per avanzare a una determinata velocità rispetto il suolo:
W’est = West ∙ v
Questo però è vero solo se la velocità è costante e si è in assenza di vento, ovvero la velocità rispetto al suolo sia uguale alla velocità rispetto all’aria.
Oltre al lavoro esterno c’è da considerare quello interno per unità di tempo (W’int che viene espresso in Watt) che dipende dalla frequenza di pedalata (f espressa in Hertz) e dalla massa del soggetto (m espressa in kg). Si è visto che W’int corrisponde a circa il 6-8% della potenza totale sviluppata dal soggetto data dalla somma di W’est più W’int (di Prampero, 1985).
W’int = 0,1 ∙ m ∙ f³
Da tutto questo si può quindi ricavare:
W’ tot = W’ est + W’ int
La potenza erogata dal ciclista è quindi un parametro meccanico facilmente stimabile conoscendo principalmente il peso dell’atleta e del mezzo meccanico, la pendenza della strada e la velocità del ciclista.
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Mattia Michelusi
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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
Nella categoria allievi lo sviluppo del massimo rapporto consentito su pista è di 6,83metri, ciò comporta la necessità di sapere sviluppare alte cadenze di pedalata. Infatti la cadenza di pedalata media mantenuta e' pari a 107 RPM, con un picco massimo di 146 RPM.
