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Frenare in curva

Per parecchi motociclisti, frenare in curva è tabù. Come al solito, sono vittime dei consigli di miocuggino. La realtà è che frenare in curva è possibilissimo, ovviamente con le dovute cautele, e consente di risolvere un sacco di problemi. Vediamo la cosa dal punto di vista della dinamica.

Deriva

Quando si percorre una curva, i battistrada delle due ruote si deformano per lo sforzo di opporsi alla forza centrifuga senza scivolare sull’asfalto. Per questa ragione le ruote percorrono una traiettoria un po’ più larga rispetto a quella che dovrebbe essere se i battistrada fossero perfettamente rigidi. Questo fenomeno si chiama deriva e l’angolo tra la traiettoria teorica e quella reale percorsa da ciascuna ruota è detta angolo di deriva.

L’angolo di deriva dipende da molti fattori (carico, accelerazione longitudinale e laterale, pressione di gonfiaggio, caratteristiche dello pneumatico ecc.). Quelli più importanti ai nostri fini sono la forza frenante applicata a ciascuna ruota e il carico gravante su ciascuna ruota, fortemente influenzato dall’azione frenante.
Con riferimento a questi due fattori, l’angolo di deriva di una ruota aumenta:

  1. al diminuire del carico gravante su di essa;
  2. al crescere della forza frenante applicata alla stessa.

Sulle auto la frenata avviene con un unico comando su tutte e quattro le ruote, perciò in caso di frenata in curva la deriva cambia in modo analogo su di esse e l’assetto dell’auto rimane sempre tendenzialmente neutro.
Sulle moto invece è di solito possibile ripartire la frenata in modo diverso tra anteriore e posteriore e questo consente di variare notevolmente l’assetto della moto in curva, rendendola sottosterzante (la moto curva meno di quanto si vorrebbe) o sovrasterzante (curva di più).
inoltre, la moto reagisce alle variazioni di assetto in curva con una tendenza ad aumentare l’angolo di piega (cosa che conduce la moto a stringere la traiettoria) oppure a ridurlo (cosa che la porta ad allargarla).

Uso del solo freno posteriore

In questo caso abbiamo:

  1. un aumento della deriva della ruota posteriore per la diminuzione del carico conseguente alla decelerazione;
  2. un aumento della deriva della ruota posteriore per l’applicazione della forza frenante su di essa;
  3. una diminuzione della deriva della ruota anteriore per l’aumento del carico conseguente alla decelerazione;

Il grande aumento della deriva della ruota posteriore le fa percorrere una traiettoria più ampia, e questo è doppiamente positivo, perché tende a far puntare la moto più verso l’interno della curva e a farla piegare di più.

La diminuzione della deriva della ruota anteriore, nel complesso più lieve rispetto alla ruota posteriore, determina invece due effetti contraddittori fra loro, perché tende a far puntare la moto più verso l’interno della curva, ma anche a farla piegare di meno. La somma di tali due effetti tende a spingere la moto allargare leggermente la traiettoria.

In questa circostanza l’effetto positivo della ruota posteriore prevale leggermente su quello negativo della ruota anteriore e quindi la moto tende a stringere sensibilmente la traiettoria.

Uso del solo freno anteriore

In questo caso abbiamo:

  1. un aumento della deriva della ruota posteriore per la diminuzione del carico conseguente alla decelerazione;
  2. una diminuzione della deriva della ruota anteriore per l’aumento del carico conseguente alla decelerazione;
  3. un aumento della deriva della ruota anteriore per l’applicazione della forza frenante su di essa.

In questo caso l’effetto positivo sulla ruota posteriore è assai meno marcato rispetto al caso precedente, mentre sulla ruota anteriore abbiamo effetti maggiori, sempre di senso opposto, che portano nel complesso a una sensibile diminuzione della deriva, che come abbiamo visto sopra tende complessivamente a far allargare la traiettoria.

In questa circostanza l’effetto negativo della ruota anteriore prevale su quello positivo della ruota posteriore e quindi la moto tende ad allargare sensibilmente la traiettoria.
Se poi il freno anteriore viene attivato bruscamente, l’angolo di deriva anteriore diminuisce altrettanto bruscamente e questo ha un quasi immediato ed evidentissimo effetto raddrizzante sulla traiettoria, cioè la moto fa un dritto.

Uso di entrambi i freni

Se servono forti decelerazioni in curva, conviene invece usare entrambi i freni, perché gli effetti positivi sulla ruota posteriore compensano quelli negativi su quella anteriore e la moto rimane tendenzialmente neutra (cioè non allarga né stringe sensibilmente la traiettoria).
È principalmente per questa ragione che in alcune moto, azionando il freno anteriore si attiva anche quello posteriore.

È più veloce in curva una moto leggera o una pesante?

È convinzione universale tra noi motociclisti che le moto leggere siano più veloci in curva di quelle pesanti. È un assioma e come tale è un fatto incontestabile: è così punto e basta, senza possibilità di replica. Sostenere qualche cosa di diverso porterebbe a fischi e ululati da stadio nella comitiva, seguiti da decine di esempi che dimostrano inequivocabilmente che le moto leggere curvano come saette e girano intorno a quelle pesanti in tutte le curve e in particolare nel misto stretto.

Ma siamo proprio sicuri sicuri che le cose stiano davvero così?…

Prendiamo due moto diverse nel peso, ma identiche in tutte le altre caratteristiche: interasse, luce a terra, posizione del baricentro, geometria delle sospensioni, dimensioni dei cerchi e degli pneumatici ecc., e domandiamoci come influisce la differenza di peso in curva.

La prima domanda da farci è se tale differenza comporta, a parità di velocità di percorrenza e raggio di sterzata, una differenza nell’inclinazione della moto. Se così fosse, chiaramente ci sarebbe un vantaggio per la moto che si inclina meno, perché essa all’inclinazione massima, quella in cui gratta tutto il grattabile, andrebbe più veloce.

Ora, per qualsiasi moto, a una determinata velocità di percorrenza di una curva di dato raggio corrisponde un preciso angolo di inclinazione del sistema moto + pilota, in base alla seguente formula:

α = arctan (v²/(r ∙ g))

dove α è l’angolo cercato rispetto alla verticale, v è la velocità, r il raggio della traiettoria curva e g l’accelerazione gravitazionale.

Come si vede, il peso nella formula non c’è, quindi esso non concorre a determinare l’angolo; di conseguenza, una moto leggera e una pesante, a parità di tutte le altre caratteristiche, piegano esattamente con lo stesso angolo nel percorrere la stessa traiettoria curva alla stessa velocità.

Domandiamoci allora se il peso influisce sulla tenuta di strada. In altre parole, proviamo a capire se un peso maggiore diminuisce la capacità delle gomme di restare incollate al suolo senza derapare durante una curva.

Innanzitutto, è intuitivamente evidente che una moto più pesante oppone una maggior inerzia al cambiamento di traiettoria e quindi sviluppa una forza centrifuga maggiore.

La formula della forza centrifuga è la seguente:

Fc = (m ∙ v²)/r

dove m è la massa del sistema moto + pilota, v è la velocità e r il raggio della traiettoria curva.

Come si vede, la forza centrifuga cresce linearmente al crescere della massa. Quindi in curva gli pneumatici devono contrastare una forza tanto maggiore, quanto più il sistema moto + pilota è pesante.

Dobbiamo quindi chiederci se e come varia l’aderenza degli pneumatici all’aumentare della massa.

L’aderenza, vale a dire la forza di attrito che uno pneumatico può offrire, dipende dal coefficiente di attrito, cioè dalla capacità del battistrada di aderire al suolo in presenza di forze applicate tangenzialmente rispetto ad esso, e dal carico gravante sulla ruota, secondo la seguente formula:

Fa = Ca ∙ c

dove appunto Fa è la forza di attrito, Ca è il coefficiente d’attrito della data gomma su una data superficie e c è il carico gravante su di essa.

Come si vede dalla formula, l’aderenza dipende linearmente dal carico che grava sulla gomma, che a sua volta è funzione lineare del peso. Ne consegue che anche l’aderenza aumenta linearmente con l’aumentare del peso.

Ricapitolando, a parità di altre caratteristiche, all’aumentare del peso:

  1. l’inclinazione in curva della moto non cambia;
  2. la forza centrifuga aumenta linearmente con il peso;
  3. l’aderenza aumenta linearmente con il peso.

Perciò, dato che l’aderenza aumenta esattamente come la forza centrifuga e che quindi il rapporto tra le due resta costante al variare del peso, accade che la velocità massima con cui una data moto può percorrere una data traiettoria curva non dipende dal suo peso, a parità di altre caratteristiche.  In altre parole  una moto leggera e una pesante, a parità di altre caratteristiche, riescono a percorrere una traiettoria curva di uguale raggio alla stessa velocità.

Sorprendente, no? Eppure è così.

Ma le moto leggere vanno davvero più forte di quelle pesanti nel misto!

Sì, è vero, ma ciò dipende da tutta una serie di fattori, che vedremo in un prossimo articolo.