Si ferma prima una tourer o una race replica?

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Uno dei principali argomenti nelle conversazioni da bar sulle moto è quello relativo agli spazi di frenata. Opinione comune è che una moto sportiva freni in spazi minori di quelli possibili con una tourer, grazie ai freni più potenti e al minor peso.

Ma è proprio vero? Facciamo un po’ di luce sulla questione.

Per ragionare sulla frenata di una moto occorre tenere presenti le seguenti grandezze:

  • la sua energia cinetica, cioè la quantità di energia che occorre dissipare per arrestare la moto;
  • l’aderenza degli pneumatici sull’asfalto, da cui dipende la forza frenante che si può trasmettere al suolo;
  • la potenza dei freni, che deve essere adeguata all’energia cinetica in gioco;
  • la posizione del baricentro, da cui dipende la tendenza della moto a ribaltarsi in frenata.

Energia cinetica

L’energia cinetica di un veicolo aumenta con la massa e con il quadrato della velocità, quindi al raddoppiare della massa anche l’energia cinetica raddoppia, mentre al raddoppiare della velocità essa quadruplica; ne consegue che la velocità è assai più importante della massa.

Per evidenziare la cosa, mettiamo a confronto due moto radicalmente diverse: una grossa tourer da 280 kg + 80 kg di pilota + 60 kg di passeggero + 20 kg di bagagli = 440 kg in grado di raggiungere i 240 km/h e una race replica da 200 kg + 80 kg di solo pilota = 280 kg in grado di toccare i 300 km/h.

Honda CBR 1000 RR BMW K1300GT

 

 

 

 

 

Nel caso della tourer, l’energia cinetica alla massima velocità e a pieno carico sarà pari a circa 978 KJoule, mentre per la race replica con il solo pilota saremo, alla sua velocità massima, a circa 972 Kjoule, quindi praticamente uguale, nonostante il peso nettamente inferiore.

Aderenza degli pneumatici sull’asfalto

Il primo parametro che determina l’aderenza è il coefficiente di attrito dello pneumatico con l’asfalto, cioè la forza longitudinale o trasversale che esso può sopportare prima di slittare. Esso può variare, su asfalto nuovo e asciutto, da circa 1 per una moderna gomma turistica a 1,2 circa per una gomma sportiva, per arrivare a 1,6 e oltre per una slick usata nei massimi campionati. Da ciò deriva che gli pneumatici in commercio consentono decelerazioni comprese tra 1 e 1,2 g.

Dato il proprio coefficiente d’attrito, l’aderenza offerta da uno pneumatico su una data superficie è una funzione lineare dell’ampiezza della propria impronta a terra e del carico specifico, cioè del peso gravante su di essa. Nel caso del nostro confronto, possiamo facilmente ipotizzare che le misure degli pneumatici delle nostre due moto siano le stesse (le classiche 120/70-17 e 190/55-17), e quindi che siano uguali anche le rispettive impronte a terra, a patto che la pressione sia regolata correttamente. Perciò, assumendo che entrambe le moto siano equipaggiate con pneumatici aventi lo stesso coefficiente d’attrito (anche se di solito le race replica sono equipaggiate con gomme più sportive rispetto alle tourer), abbiamo che l’aderenza disponibile dipende soltanto dal peso ed è proporzionale ad esso. In altre parole, più una moto pesa, più l’aderenza dei suoi pneumatici aumenta.

Ma come abbiamo visto più sopra, anche l’energia cinetica che gli pneumatici devono fronteggiare in frenata aumenta in proporzione al peso. Quindi, più la moto pesa e più l’aderenza e l’energia cinetica aumentano parallelamente. Da tutto ciò consegue che gli spazi di frenata di una moto non dipendono dalla sua massa, a condizione, ovviamente, che i freni siano abbastanza potenti da consentire la frenata al limite di aderenza degli pneumatici che la equipaggiano.

Potenza dei freni

Per fermare un veicolo in corsa occorre dissipare la sua energia cinetica in calore, e questo è appunto il compito dei freni.

Come abbiamo visto, l’energia cinetica massima sviluppabile da una leggera ma veloce race replica eguaglia quella massima sviluppabile di una pesante tourer a pieno carico. È chiaro quindi che i freni di una race replica, oggi in grado di imprimere facilmente alla moto una decelerazione superiore a 1 g (l’accelerazione gravitazionale terrestre) fino alle massime velocità, bastano e avanzano anche a bordo di una tourer, anche se questa pesa molto di più, e le consentono di sviluppare almeno la stessa decelerazione. E in effetti, buona parte delle moto moderne stradali – tranne quelle più economiche e dedicate ai principianti – hanno freni in grado di bloccare le ruote anche in velocità, anche se magari non sono belli e sexy come quelli di una Panigale.

Posizione del baricentro

Com’è intuitivo, se si frena molto e gli pneumatici hanno abbastanza grip, la moto può sollevare la ruota posteriore (stoppie) e, insistendo sui freni, ribaltarsi in avanti.

Questa tendenza al ribaltamento non dipende dal peso, ma dalla posizione del baricentro, ed è tanto maggiore, quanto più il baricentro è alto e avanzato.

Ora, assumiamo che una moto abbia il baricentro posto a 70 cm di altezza e 70 cm dietro la verticale del punto di contatto della ruota anteriore col suolo; in base ad un semplice calcolo geometrico, risulta evidente che tale moto inizierà a ribaltarsi quando la decelerazione impressa dai freni supererà 1g.

schema forzeCome abbiamo visto sopra, tutte le moto moderne di un certo livello sono equipaggiate con freni e possono essere facilmente dotate di pneumatici in grado di raggiungere e anche superare agevolmente tale decelerazione. Ne consegue che su alcune moto il limite geometrico di ribaltamento potrebbe essere l’elemento debole della catena, il parametro da cui di fatto dipendono gli spazi di frenata su tali modelli.

Di solito, sulle tourer il baricentro è piuttosto basso, perché ciò aiuta a gestire il peso della moto da fermo e la rende più maneggevole nel misto, e tende ad essere anche piuttosto lontano dalla ruota anteriore, anche perché l’interasse è piuttosto lungo. Il limite di ribaltamento di tali moto tende quindi ad essere molto lontano, tanto che di solito è più facile raggiungere il limite di aderenza e far bloccare la ruota anteriore, che provocarne il ribaltamento.

Al contrario, sulle supersportive il baricentro si trova normalmente più in alto, perché ciò aumenta la velocità di percorrenza in curva a parità di angolo di piega – vediamo se arrivate da soli a capire il perché! – ed è anche tendenzialmente avanzato, per ridurre la tendenza all’impennata e aumentare la direzionalità dello sterzo. Su tali moto quindi la regola è che, frenando correttamente su asfalto asciutto e in buono stato, si raggiunge prima lo stoppie che il bloccaggio delle ruote.

Per tali ragioni, una tourer ben gommata riesce a frenare senza ribaltarsi in spazi almeno pari e spesso anche inferiori a quello possibili con una moto pistaiola. Con buona pace degli amici del bar.

 

3 pensieri su “Si ferma prima una tourer o una race replica?”

  1. Grande! Speravo in una risposta del genere! 🙂
    Allora, ti rispondo punto per punto.

    1)
    Svista mia, grazie, ho eliminato l’inciso colpevole, grazie della segnalazione.

    2)
    In fase di editing finale dell’articolo ho pensato che 190 kg in ordine di marcia fossero troppo pochi, quindi ho rifatto il calcolo per 200 + 80 kg e aggiornato il risultato, ma ho dimenticato di correggere la massa della moto, l’ho fatto ora, grazie.

    3)
    Basta vedere come si comportano le moto. Qualsiasi moto dotata di gomme turistiche recenti supera i 45° in piega (= 1 g) su fondo asciutto e ben asfaltato senza particolari problemi, mentre le Moto da corsa attuali raggiungono e superano tranquillamente i 60° (che corrispondono a circa 1,73 g, quindi sono stato pure prudente).

    4)
    Verissimo quel che dici, ma ho preferito non appesantire l’articolo con calcoli del genere, perché in realtà questo fatto non sposta i termini del problema, visto che le considerazioni fatte sulla relazione tra massa e aderenza al variare della massa restano sempre valide anche al variare della ripartizione del carico tra le due ruote.

    Ne approfitto per aggiungere una chicca: Le Moto GP, pur avendo un limite geometrico di ribaltamento in frenata pari a circa 1g (retta baricentro-punto di contatto a terra della ruota anteriore inclinato di 45°), alle alte velocità riescono a ottenere decelerazioni fino a 1,6 g – quindi pari al coefficiente di aderenza – perché la notevole resistenza aerodinamica impedisce alla moto di picchiare.

  2. Fantastica trattazione. Sei il mio motociclista mito …. Approfitto per fare qualche osservazione da fisico un po’ “rompipalle”, tanto per tenere “alto” il livello del Bar … chesso` il “bar di via panisperna” 😀

    1)
    Non confondiamo inerzia ed energia cinetica.

    Quella che la gente “comunemente chiama inerzia” e` in fisica il momento della quantita` di moto … in formule m*v .

    E` anch’essa dipendente dalla velocita`, ma solo in maniera lineare …

    Ovviamente sia l’en. cinetica sia il momento della quantita` di moto esprimono nella gente comune il concetto
    “non conta solo quanto pesi ma anche quanto sei veloce ….” soprattutto in un impatto

    2)
    Ho rifatto i calcoli … ehhh si` sono un vero scassa…

    A me per la “race replica” mi viene
    0.5 * 270 Kg * (83.3 m/s) (83.3 m/s) = 937492 joule

    3)
    Una curiosita`: dove hai trovato i dati sulla capacita` frenante di un pneumatico sull’asfalto (i.e. il range 1.0 –> 1.6 g )

    4)
    tu dici “In altre parole, più una moto pesa, più l’aderenza dei suoi pneumatici aumenta.” …

    Piu` che dal peso dipende dalla forza con cui la ruota
    “spinge” verso terra. E` chiaro che da fermi corrisponde a “meta` del peso”
    (assumendo che il peso complessivo si divida a meta` tra asse anteriore e posteriore), ma frenando … aumenta e di parecchio !!!!

    Secondo me il calcolo dovrebbe tenere conto di questa differenza.
    La trattazione “ad occhio” dipende dai fattori geometrici di cui tieni conto anche per il ribaltamento .

    Sul fatto che il risultatto continui a NON dipendere dalla massa NON mi sbilancerei 😀

    Un carissimo saluto
    zullinux

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