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.
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.
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!
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.
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.
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.
When we move inside a fluid, be it a gas such as air or a liquid such as water, there is a resistant effect that opposes our motion. Try to think, for example, when you try to walk with your legs immersed in water. The same is also true when moving on dry land, however, the resistant effect in this case is less evident, at least at low speeds. In fact, the air resistance during a quiet walk in the open air is practically impossible to perceive. Conversely, the effect of the same during a rapid descent on a bicycle is far from negligible, which is why many professional cyclists actively choose to perfect their posture while pedaling.
To understand the importance of aerodynamic drag in cycling, just think that 70% to 90% of the power generated by a cyclist's legs is spent on counteracting aerodynamic drag! In this regard, the effectiveness of a correct aerodynamic position was also demonstrated - in a decidedly pragmatic way - by cyclist Michael Guerra, who was filmed on video in a position renamed "superman" which soon went viral on the internet.
Aerodynamic drag, better known by its English name of drag, is a force that acts on a moving body within a fluid. In reality, the same is also true if the body is stationary and the fluid is moving, but let's not complicate things too much since we are focusing on a specific application. As a force, drag tends to decelerate the cyclist and consequently increases the physical effort necessary to maintain constant speed or even increase it. This force arises from the interaction between the fluid and the body itself, in particular, traditionally two components of drag are identified: form drag and skin friction drag. As the terms suggest, the former is related to the shape of the moving body, while the latter is related to the viscosity of the fluid.
To understand the concept intuitively, imagine a thin plate immersed in a flow of air. When the plate is perpendicular to the flow, the air crashes on it, locally increasing the pressure and consequently generating a force that is mainly linked to the "extension of the plate", or to its frontal area. On the contrary, when the plate is parallel to the flow, the air tends to "drag" the plate by cutting.
From a more technical point of view, drag is quantified by means of an equation that might seem rather complicated at first glance, however, once the role of the individual terms is understood, the phenomenon "practically explains itself".
D = \ frac {1} {2} \ rho v ^ {2} C_ {d} A
In the drag equation ρ is the density of the fluid, V is the undisturbed speed of the fluid which in our specific case is that of the cyclist, Cd is the drag coefficient (in Italian drag coefficient) and lastly A is the area front of the body in motion. First of all, you immediately notice that drag increases with the square of speed and therefore its contribution becomes all the more important the faster you move. For this reason, if you are walking on a sunny and windless day you will not even notice that you are slowed down by the air that surrounds you, just as we mentioned at the beginning of the article. The second interesting thing to note is that drag increases as the density of the fluid increases. Therefore, considering that the density of air is about 1.2 kg / m3 and that of water is 1000 kg / m3, you understand why walking in water is much more tiring than on dry land!
In any case, for a cyclist the most important parameters are the drag coefficient and the frontal area, as these can be optimized by assuming a correct posture. By reducing the front area you can reduce the effect of the form drag, which is quite intuitive. Think for example of a sail: the larger the surface, the greater the force generated by the air on the boat. Less simple, however, is to understand the role of the drag coefficient. This term basically determines the efficiency of the aerodynamic shape of a body. Take for example two hemispheres with the same radius and therefore having the same frontal area, if the hemisphere is turned against the air that impacts it, the drag coefficient is reduced by 66%. To summarize in a simple way what happens in this case, one can think that a body is all the more aerodynamic the easier the path of the air around it is made.
An interesting study conducted by a team of researchers from Belgium and the Netherlands quantified the aerodynamic efficiency of some positions taken on a bicycle by professional cyclists during a hypothetical descent. The study was conducted through experimental tests in the wind tunnel and CFD simulations (Computational Fluid Dynamics) on the computer.
The results show how the more squatting positions, i.e. those that tend to reduce the frontal area, guarantee better results. Furthermore, the positions in which the cyclist's body “fences” the seat seem to lead to more favorable aerodynamic conditions. This happens because the seat area is critical from an aerodynamic point of view. In fact, if the air flow is not "conveyed" gradually towards the saddle of the bike, a recirculation area is formed in which the air tends to remain "blocked" which then affects the aerodynamics. of the system.
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