DISTRIBUZIONE DELLE MASSE NELLA MOTOCICLETTA


Spesso, le moto vengono confrontate sulla base del loro peso. Questo però, anche se è un buon indicatore delle prestazioni assolute della moto (un alleggerimento, infatti, è equivalente ad un aumento di potenza), in realtà non dice niente riguardo alle prestazioni ciclistiche. Una moto è infatti composta da 2 corpi principali, l'avantreno (che comprende forcella, ruota anteriore, parafango anteriore, e tutto ciò che ruota attorno all'asse di sterzo) e retrotreno. Inoltre, avantreno e retrotreno hanno almeno altre 4 masse in movimento, ovvero le ruote e le sospensioni. La differente distribuzione dei pesi in queste masse porta a comportamenti diversi della moto.
Innanzitutto, vediamo la distribuzione dei pesi più generale, ovvero quella tra asse anteriore e asse posteriore. E' facilmente misurabile da chiunque, infatti è sufficiente mettere la moto sopra a due bilance, una per ruota, per misurare il peso totale della moto e la distribuzione di questo tra anteriore e posteriore. Vediamo come la variazione di questa distribuzione dei pesi porta a modifiche sulla guida della moto.

Moto sbilaciata sul posteriore
Ovvero la maggior parte del peso della moto è sull'asse posteriore. E' la condizione più comune, infatti in ogni moto il pilota siede sempre nella zona posteriore, spostando quindi il peso verso il retrotreno. In questo caso, durante l'accelerazione la ruota posteriore sarà molto carica, questo porta ad una grande trazione ma anche ad una maggiore facilità di impennata. Si può quindi sfruttare questa caratteristica in moto utilizzate su terreni a scarsa aderenza, come le moto da cross o da enduro, mettendo più peso al posteriore si avrà più trazione e sarà quindi più difficile perdere aderenza. In frenata, poi, potrei non arrivare ad avere il carico necessario sulla ruota anteriore, arrivando al bloccaggio della stessa. Avere una moto più pesante al retrotreno comporta ovviamente che l'avantreno sarà più leggero, se questa differenza è eccessiva sembrerà meno comunicativo.

Moto sbilaciata sull'anteriore
E' piuttosto difficile che accada questo, perchè come gia detto, se anche una moto viene realizzata con più carico sulla ruota anteriore, la presenza poi del pilota sposta i pesi verso il posteriore. Naturalmente questa variazione è tutt'altro che trascurabile, visto che il pilota può pesare solo 2-3 volte meno della moto, rappresenterà quindi una parte significativa della massa totale. Comunque, una moto con più carico all'anteriore si comporterebbe in maniera opposta al caso precedente. Quindi, in accelerazione avrò il retrotreno che potrebbe non caricarsi abbastanza, rendendo più facile lo slittamento dello pneumatico posteriore, mentre in frenata avrò molto carico all'anteriore che può portare al facile sollevamento della ruota posteriore. In curva, lo sterzo sarà più pesante. Si può risolvere il problema con un minor valore dell'avancorsa, ma in caso di asperità sull'asfalto è più facile che l'avancorsa diventi negativa con conseguenze catastrofiche.

Il bilanciamento ottimale
Una moto con i pesi al 50/50 tra avantreno e retrotreno sarà la soluzione ottimale. In questo caso, infatti, si avrà un comportamento neutro, sarà uguale in accelerazione come in staccata e anche in curva sarà meglio controllabile. Infatti, essendo la moto molto sensibile alle variazioni della posizione del pilota, con una distribuzione 50/50 il pilota tramite il suo spostamento sulla sella può controllare durante la guida il comportamento della moto. E' difficile ottenere una moto con questa configurazione, si cerca quindi di andarci il più vicino possibile.

Altezza del baricentro


Il baricentro, naturalmente, oltre ad avere una posizione lungo l'asse della moto, sarà anche posto ad una certa altezza da terra. Questa altezza è molto importante per il comportamento dinamico della moto. Immaginiamo infatti la moto come ad un pendolo incernierato al terreno, lungo quanto l'altezza del baricentro, e una massa in alto, pari alla massa totale della moto. Se la moto è dritta, e la dobbiamo inclinare per affrontare una curva, dobbiamo applicare una forza trasversale al baricentro. Per l'equilibrio alle traslazioni, questa forza sarà uguale alla forza laterale che esercitano gli pneumatici sul terreno, avrà quindi un valore massimo non superabile senza incappare nello slittamento dello pneumatico. Questo pendolo avrà inoltre una sua inerzia. La forza applicata al baricentro moltiplicata per il braccio che ha questa rispetto al terreno (ovvero moltiplicata per l'altezza del baricentro) mi da un momento applicato al fulcro, ovvero al punto di contatto ruota-asfalto. Questo momento sarà uguale al momento d'inerzia della moto moltiplicato l'accelerazione angolare. Quindi a parità di momento d'inerzia, un baricentro più alto mi darà un momento risultante più alto, di conseguenza l'accelerazione angolare sarà maggiore, in parole povere la moto sarà più agile.
Oltre a questa influenza in curva, l'altezza del baricentro ha molta importanza anche in accelerazione e frenata. Tutte le forze applicate al veicolo possono immaginarsi come applicate al baricentro, quindi una forza longitudinale (data da un accelerazione o una frenata) mi darà un momento, pari al valore di questa forza moltiplicato l'altezza del baricentro. Questo momento si ripartirà nei due assi, determinando il trasferimento di carico, facilmente ricavabile con un semplice equilibrio alle rotazioni rispetto ad uno dei due punti di contatto col terreno. Facendo questo equilibrio, trovo che il trasferimento di carico sarà uguale alla forza applicata al baricentro moltiplicata per il rapporto tra l'altezza del baricentro e il passo del veicolo. Quindi, a parità di passo (ovvero la distanza tra i centri delle ruote) un baricentro più alto comporta un maggiore trasferimento di carico. Questo comporta una maggiore facilità all'impennamento o al sollevamento della ruota posteriore in frenata, ma un maggiore carico sulla ruota significa anche più trazione. Un baricentro troppo basso invece può portare allo slittamento delle ruote in accelerazione o frenata, non riuscendo a sfruttare tutta la potenza del motore o dell'impianto frenante. Bisogna trovare il giusto compromesso.

Centralizzazione delle masse


Abbiamo parlato della posizione del baricentro della moto, ovvero del punto in cui si può idealmente considerare concentrata tutta la massa del veicolo. Un corpo rigido, però, oltre al baricentro avrà anche un suo momento d'inerzia rispetto al baricentro stesso, ovvero la resistenza che il corpo oppone alla sua rotazione. Abbiamo gia visto prima il momento d'inerzia nella discesa in piega della moto, dicendo che a parità di momento d'inerzia, un baricentro più alto rende la moto più agile. Però, per ottenere la massima agilità della moto, il momento d'inerzia rispetto al baricentro dovrà essere il più basso possibile, ovvero la moto dovrà porre la minor resistenza possibile alla rotazione. Se considero, per semplicità, un sistema di masse puntiformi, il momento d'inerzia è la massa moltiplicata per la distanza al quadrato, quindi se voglio ridurre il momento d'inerzia dovrò avvicinare il più possibile le masse al baricentro. Nelle moto da corsa, per ottenere questo, si posiziona anche il serbatoio, le centraline e quanti più accessori possibile vicino al baricentro.
Naturalmente, una moto quando affronta una curva non deve solo inclinarsi di lato, ma deve anche girare. Anche nel fare questo movimento, l'inerzia dovrà essere il più bassa possibile, quindi le masse dovranno essere centralizzate non solo lungo l'altezza della moto, ma anche lungo il suo asse.

Masse non sospese


In un veicolo la massa totale si può dividere in masse sospese e masse non sospese. Le masse non sospese sono quelle a diretto contatto con l'asfalto (ruote, parte del forcellone, steli forcella...), mentre le masse sospese sono tutte quelle sostenute dalle sospensioni (pilota compreso). Nella prima parte dell'articolo sulle sospensioni abbiamo visto il modello di mezzo veicolo a un grado di libertà, dove viene rappresentata la massa sospesa e il sistema molla/ammortizzatore. Per un analisi più accurata bisognerebbe utilizzare un modello a due gradi di libertà.



Nel disegno, la massa m1 rappresenta la massa sospesa, k1 e c1 sono relative alle sospensioni della moto, mentre m2 è la massa non sospesa e k2, c2 si riferiscono allo pneumatico. La risoluzione di questo modello è troppo complicata per essere trattata qui, basti però sapere che più è alto il rapporto tra massa sospesa e massa non sospesa, e più confortevole sarà il veicolo, oltre che più preciso e prestazionale, visto che le ruote copieranno al meglio le asperità dell'asfalto. Per capire l'importanza di questo, basti guardare le vetture da corsa che montano le sospensioni sul corpo vettura, comandate da dei tiranti, anzichè sul braccetto della sospensione, proprio per ridurre le masse non sospese.

Ruote e corpi in rotazione


Si è appena vista l'importanza di ridurre le masse non sospese. Però, le ruote (che fanno parte delle masse non sospese), così come tutti gli altri corpi rotanti (alberi del cambio, frizione...) devono essere alleggerite al massimo anche per un altro motivo. Conoscerete tutti l'energia cinetica, ovvero la massa moltiplicata la velocità al quadrato diviso due. Qualunque corpo in movimento, possiede una propria energia cinetica. La variazione di questa energia nell'unità di tempo sarà pari alla potenza, dunque quando accelero al massimo, la velocità aumenta comportando un aumento dell'energia cinetica, questa variazione di energia divisa per il tempo impiegato mi da la potenza che in quel momento sta sprigionando il motore. Devo però fare un'altra considerazione: una moto non possiede solo l'energia cinetica data dal suo avanzamento, ma ogni corpo rotante, dotato quindi di momento d'inerzia, avrà una sua energia cinetica. Durante l'accelerazione, cioè, io non devo solo accelerare la massa totale della moto, ma devo anche imprimere un accelerazione angolare a tutti gli organi rotanti. Pertanto, l'energia cinetica totale sarà pari alla somma dell'energia cinetica della massa totale che avanza, più tutte quelle rotanti. Si può allora immaginare che la massa del veicolo sia pari alla sua massa reale più tutti i momenti d'inerzia moltiplicati per il rapporto di velocità al quadrato, ovvero il rapporto tra la velocità angolare di quell'organo che si sta considerando e la velocità di avanzamento del veicolo. Il veicolo si comporta allora, in accelerazione, come se fosse più pesante, ovvero la massima accelerazione sarà più bassa di quella che ci si aspetta, e la differenza è tutt'altro che trascurabile. Quindi questo è un altro motivo per cui le ruote, e tutti gli altri organi rotanti, dovranno avere la minore inerzia possibile, ovvero dovranno essere il più leggeri possibile.



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