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56 La sfida dell’efficienza

Figura12 Curve caratteristiche del motore a energia umana del ciclista e di altri motori a energia non umana (si tenga presente che
la curva di coppia è ricavabile da quella della potenza e viceversa).
Poiché le frequenze per raggiungere la potenza di picco e la massima efficienza non sono le stesse, questi due obiettivi non possono
essere raggiunti simultaneamente.
Dal momento che le curve di potenza ed efficienza del motore umano (come anche degli altri motori) non sono piatte, ma variano con
la frequenza di pedalata (si parla perciò di potenza di picco e di massima efficienza, e delle rispettive frequenze di pedalata), si rende
utile il cambio per raggiungere, in ogni condizione, tale potenza di picco (se si ragiona su brevi periodi) o l'efficienza massima
(massima velocità (media) su lunghe percorrenze) (se invece la curva della potenza o dell’efficienza fossero piatte, basterebbe
utilizzare una bici a scatto fisso con un opportuno rapporto, lungo abbastanza per raggiungere, solo in quella determinata condizione
(per esempio, in piano o in discesa) la velocità di picco oppure la massima velocità media).
Il cambio, idealmente, dovrebbe avere infiniti rapporti e velocità di cambiata infinitamente rapida, come si chiarirà qui di seguito.
Facendo riferimento al primo obiettivo (potenza massima), nel grafico ad essa relativo (per il caso del ciclista) sono stati considerati
due diversi rapporti di trasmissione (intesi come valori complessivi), uno “corto” (in azzurro) ed uno “lungo” (in rosso). Le velocità
della bici sono in tratto-punto, le curve di carico (potenze richieste per un certo rapporto) puntinate (variabili a seconda che ci si trovi
in piano oppure in salite di varia ripidezza e/o durante accelerazioni di varia intensità (che sono loro equivalenti da questo punto di
vista)). Se il rapporto è troppo lungo o troppo corto non si esprime la massima potenza di picco (si vedano gli errori evidenziati sul
grafico) e quindi la velocità in quella condizione non è massimizzata (per esempio non si raggiunge la velocità di punta in piano o la
massima velocità in salita). Se non ci si trova ad esprimere la massima potenza di picco (la quale non può essere tenuta per lungo
tempo, si veda la prima pagina di questa parte: “La sfida dell’efficienza”) quindi se da una precedente velocità non di picco si vuole
accelerare, oppure se la ripidezza della salita/discesa cambia e si vuole rimanere alla velocità massima possibile (sono tutte situazioni
in cui si vuole la massima “agilità”), le cambiate devono essere del giusto rapporto e molto rapide, in modo da raggiungere e stare
sempre intorno alla frequenza di pedalata f potenza-picco . Nella fattispecie: in salita i rapporti devono essere particolarmente corti; poiché
in bici si deve partire a pedali fermi, essa non necessita di frizione, però, vista la curva di coppia umana non massima a frequenza
zero, nell’accelerazione da fermo il primo rapporto dovrebbe essere cortissimo (idealmente tendente a zero) e poi gli “infiniti” rapporti
seguenti allungantisi con spaziatura tendente a zero in modo da permettere uno sweep in frequenza della pedalata capace di portare
la frequenza nel più breve tempo possibile a quello di massima potenza e di conseguenza il mezzo nel più breve tempo possibile alla
velocità di picco (nelle discese la "frizione" è fatta dai muscoli delle gambe, tanto meno necessaria quanto più il rapporto scelto è
vicino a quello per la frequenza f ).
potenza-picco
Sul fronte dell’efficienza, si noti che da hmuscolare pedalata bisogna poi passare a: h (velocità, accelerazione) = h
andare in bici muscolare pedalata,
(freq. di pedalata, temp. esterna, ...) x h (velocità, accelerazione) e che all’aumentare della velocità (e accelerazione)
totale bicicletta+ciclista
h (velocità, accelerazione) peggiora. Come detto, ciò che conta non è l’efficienza totale, ma l’aumento di entropia e l’energia
bicicletta+ciclista
consumata. Quindi, più si va piano e a velocità costante, e più il disordine esterno e l’energia consumata sono minori (questo è il vero
obiettivo ecologico da raggiungere).