Effetti del baricentro sulla dinamica

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Effetti del baricentro sulla dinamica

Messaggio da Destroyer » sabato 18 dicembre 2010, 9:55

Effetti del baricentro sulla dinamica

Definizione di baricentro esattamente centrato, avanzato, arretrato, rialzato, ribassato e conseguenti effetti sulla dinamica della moto

Premessa: cercherò di usare un linguaggio semplice, anche perché per parecchie delle definizioni utilizzate, in particolar modo per quelle riportate in maiuscolo, sarebbe necessaria una spiegazione approfondita o quanto meno un glossario.
Invito i lettori nel dubbio a ricercare il corretto senso di ogni definizione.

Le moto sono dei veicoli ad assetto instabile e variabile, nel senso che avvalendosi di due soli “punti” d’appoggio al suolo:

•non possono reggersi in equilibrio se non possiedono un abbrivio;

•hanno bisogno d’inclinarsi verso il centro della curva per bilanciare, sfruttando il loro stesso peso, l’effetto della forza centrifuga.

L’equilibrio necessario alla marcia si realizza grazie a tre componenti:

•l’inerzia dinamica acquisita col movimento

•l’effetto giroscopico (inerziale) generato dalla rotazione delle ruote e da tutte le altre masse in rotazione secondo un asse longitudinale, come ad esempio sono albero motore, cambio, ecc. nella maggior parte delle realizzazioni motociclistiche;

•le microcorrezioni effettuate, anche involontariamente, dal pilota durante la marcia: queste correzioni, sempre più necessarie quanto più è bassa la velocità (ridotta quantità di moto del veicolo) comportano un serpeggiamento appena o per niente percepibile del veicolo, in modo da mantenere sempre la proiezione al suolo del baricentro al centro o quanto meno all’interno del sistema formato dalle due aree d’impronta degli pneumatici.

Nella Meccanica delle Forze, qualsiasi accelerazione positiva o negativa, rettilinea o centripeta può essere considerata, a tutti gli effetti dinamici, applicata al baricentro del corpo allo studio.
Grazie a questo assunto, si può determinare in anticipo la tendenza generale di un veicolo a comportarsi in un determinato modo, in rettilineo o in curva, in moto costante o accelerato a seconda della posizione del suo baricentro, da intendersi come sommatoria dei baricentri di moto, pilota ed eventuale passeggero.


Baricentro al centro esatto del sistema.

Ci si può aspettare un comportamento del veicolo quanto più coerente possibile (neutro) alla traiettoria impostata in curva, ciò anche in caso di progressivo scivolamento verso l’esterno.
Il suo comportamento in rettilineo vedrà però una STABILITA’ (quella dovuta solo all’inerzia del veicolo) non eccellente, in virtù della "Dinamica del Moto dei Proiettili" che stabilisce il mantenimento di un assetto costante solo quando il baricentro del sistema si trova nella mezzeria anteriore del corpo in movimento.
Il suo comportamento in accelerazione e decelerazione servirà da parametro di riferimento per le successive considerazioni.


Baricentro avanzato.

Come appena accennato, una distribuzione dei pesi che privilegia l’avantreno, in ossequio alla Dinamica dei Proiettili, conferisce alla moto una maggiore stabilità direzionale, così come un giavellotto rimane in assetto costante lungo la sua traiettoria solo se il suo baricentro si trova nella parte anteriore.

In curva il veicolo tenderà a SOTTOSTERZARE, allargando progressivamente la traiettoria impostata producendo degli ANGOLI DI DERIVA (cioè scivolamento verso l’esterno) più pronunciati per la gomma anteriore che per quella posteriore.
Sarà comunque possibile recuperare una parte dell’effetto di questa deriva aumentando la rotazione dello sterzo verso l’interno, ma ciò a discapito del margine di aderenza disponibile.

In accelerazione, un baricentro avanzato sortirà due effetti:

•una minore tendenza all’impennata;

•una minore aderenza della gomma posteriore.
In frenata:

•una maggiore tendenza al sollevamento della ruota posteriore, con conseguente:

•minore aderenza della ruota posteriore;

•una maggiore aderenza della ruota anteriore, già aumentata dal TRASFERIMENTO DI CARICO in avanti dovuto al rallentamento.

Baricentro arretrato.

Come possono sperimentare tutti i guidatori di scooter, un baricentro arretrato conferisce una certa instabilità del veicolo in velocità, risultando finanche eccessiva la “disponibilità” del veicolo a cambiare direzione di marcia.
Per contro, la ruota posteriore risulterà sempre molto caricata in accelerazione a garanzia di una grande aderenza, disponibile però solo in rettilineo.

In curva il veicolo tenderà a SOVRASTERZARE, ovvero a scivolare verso l’esterno col retrotreno, cosa che comporterà, apportando opportune correzioni di guida (manovra di “controsterzo”), la percorrenza di una traiettoria più o meno coerente con quella impostata ma con un assetto trasversale del veicolo, con l’avantreno che percorrerà una traiettoria più interna di quella percorsa dal retro. Negli altri casi (neutro e sottosterzante) l’avantreno percorre sempre una traiettoria più larga del retrotreno.


Baricentro rialzato.

•maggiore tendenza all’impennata in accelerazione e al ribaltamento in frenata;

•maggiore trasferimento di carico (e quindi di aderenza alla ruota beneficiata) durante accelerazioni e decelerazioni in rettilineo;


Baricentro ribassato.

•minore effetto del trasferimento dei carichi in accelerazione/decelerazione;

•maggiore rapidità a cambiare inclinazione: ma ciò non significa, come molti pensano, disporre automaticamente di un veicolo più maneggevole. La maneggevolezza è influenzata in modo molto maggiore dalle quote geometriche del veicolo riferite a PASSO (interasse tra ruota ant e post) ed AVANCORSA, oltre alla distribuzione delle masse rispetto al baricentro complessivo (tra due moto dello stesso peso e col baricentro posto nella stessa posizione, quella con le masse più centralizzate risulterà più maneggevole dell’altra);

•maggiore necessità di piegare il veicolo in curva, visto il minor braccio di leva di cui si avvale la forza peso: questo è il motivo che spiega il perché si possano notare scooter piegatissimi in curva, nonostante procedano a velocità angolari ridicole…. Un effetto simile si può ottenere spostando il baricentro (corpo) verso l’esterno della curva, come fanno ad esempio i crossisti per poter sfruttare più vantaggiosamente il fianco della gomma artigliata e per creare istantaneamente un solco nel terreno morbido, che funge così da curva parabolica.

Rimane da far notare che, ai fini dell’aderenza disponibile, QUALSIASI VARIAZIONE DI VELOCITA’ SI APPLICHI AD UNA RUOTA, RISPETTO ALLA VELOCITA’ DEL VEICOLO, COMPORTA UNA DIMINUZIONE DELLA SUA ADERENZA AL SUOLO.

Ovvero:

•accelerando in rettilineo, ma soprattutto in curva, l’aderenza della ruota posteriore tenderà a diminuire fino allo scivolamento, che si traduce con le popolarmente definite “sgommate” in rettilineo (mitigate dal trasferimento dei carichi) e le “derapate” o “power slide” in curva (amplificate dal trasferimento dei carichi quanto più è piegato il veicolo)

•frenando con la sola ruota anteriore la sua aderenza istantanea in rettilineo tenderà a diminuire anche se alla fine aumenterà per via del trasferimento dei carichi (effetto meno pronunciato nel caso di avantreni del tipo “telelever” o con forcelle tipo Earles) mentre in curva diminuirà drasticamente il margine residuo di aderenza, quanto più inclinato è il veicolo;

•frenando con la ruota posteriore, sia in rettilineo che in curva l’aderenza della ruota posteriore diminuirà, fino al bloccaggio della ruota in frenata, effetto che in rettilineo comporterà la diminuzione di potere frenante della ruota visto il superamento del COEFFICIENTE DI PRIMO DISTACCO dopo il quale l’attrito volvente tra ruota e suolo si trasforma in attrito radente, caratterizzato da un minor coefficiente. In curva (come in rettilineo) una ruota bloccata non ha DIREZIONE PREFERENZIALE per cui comporterà la sua tendenza a partire per la tangente della traiettoria istantanea.


Gli effetti di tali tendenze meccaniche generali sul comportamento del veicolo sottoposto ad accelerazioni rettilinee o centripete, possono essere mitigati, compensati o addirittura ribaltati da particolari contingenze di assetto, con particolar riferimento alle caratteristiche ed al comportamento (interagenti) di mescole, carcasse, sospensioni considerate sia nella loro geometria, nella loro cinematica che nella risposta elastica. Questi fattori, essendo di grande influenza ai fini dell’aderenza, possono determinare un comportamento del veicolo che si discosta anche di parecchio dalla tendenza dovuta alla dislocazione del baricentro.

L’esempio più semplice può venire ipotizzando l’utilizzo di mescole diverse per le gomme anteriori e posteriori: in tal caso la gomma con la mescola più dura avrà bisogno di una maggior forza peso (a parità di superficie d’impronta) per ingranarsi efficacemente con le rugosità dell’asfalto e quindi un assetto che prevede un baricentro avanzato può anche comportare una maggiore aderenza, a differenza di quanto esposto considerando i soli effetti meccanici delle forze in gioco.

Si ricorda, per finire, che in un moto uniforme o accelerato la forza peso – sempre perpendicolare al suolo - è sempre la stessa in qualunque condizione, sia di assetto che di accelerazione, mentre la corrispondente massa accelerata o a velocità rettilinea uniforme (INERZIA o QUANTITA’ DI MOTO) varia in funzione del quadrato della velocità e incide diversamente sulla dinamica del veicolo, assieme alla forza peso, a seconda dell’assetto istantaneo del veicolo in curva o in rettilineo e a seconda di direzione, verso e punto d’applicazione (sempre il baricentro) dell’accelerazione considerata.

A modeste inclinazioni, ad esempio, la forza peso determina un'aderenza trasversale in genere largamente sufficiente alla svolta del veicolo, mentre ad inclinazioni estreme, oltre alla maggiore valenza della massa accelerata che… ha reso necessaria l’inclinazione stessa, la forza peso finisce per diventare sempre meno sufficiente a contrastare la crescente spinta centrifuga, il cui effetto finale è il progressivo aumento degli ANGOLI DI DERIVA degli pneumatici e quindi della diminuzione di TENUTA DI STRADA.

La soluzione fisica quindi, che permette ad una moto o ad un singolo suo asse considerato di percorrere una traiettoria curva il più velocemente possibile a parità di tutti gli altri parametri, rimane sempre quella di alleggerire la sua massa complessiva e quindi il peso gravante su ogni singolo asse considerato.

Nota! - Per la corretta interpretazione delle considerazioni sopra esposte si raccomanda di non confondere la STABILITA' con l'ADERENZA (ovvero con la "TENUTA DI STRADA") che sono due effetti le cui cause e soluzioni sono per lo più in antitesi tra di loro:
ad esempio un veicolo più pesante è tendenzialmente più stabile di uno più leggero ma, per contro, gode di una minore tenuta di strada.

Fonte Ting'avert - Si ringrazia l'autore de_corsa

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