di Daniel Naftali
Quando si parla di 29” o 27,5”, si sente spesso dire che “le bici con ruote più grosse richiedono un angolo di sterzo più chiuso per ottenere lo stesso comportamento di un’analoga bici 26”. Sarà vero? Come fa l’angolo di sterzo ad essere correlato con il diametro delle ruote? Lo scopriremo nell’articolo di oggi!
Le geometrie dell’avantreno
Quando si parla di geometrie si pensa subito alle geometrie del telaio, all’angolo sella, all’orizzontale virtuale, all’altezza del piantone sella. In realtà esistono delle geometrie anche per quanto riguarda la forcella.
Il fatto che si parli poco di queste geometrie deriva dal fatto che ormai sono diventate quasi standard e qualsiasi forcella si compra avrà, all’incirca, le stesse misure. Quando però si parla di 29er o 650b, queste quote vengono stravolte e diventano importanti per capire la correlazione tra angolo sterzo e dimensione delle ruote.
Visto che sono poco conosciute, facciamo un piccolo ripasso prima di entrare nello specifico. Facciamo riferimento al seguente schema:
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I principali parametri sono 3:
- L’angolo di sterzo, che tutti conosciamo
- L’offset, che è la distanza tra il forcellino e l’asse del cannotto della forcella. Generalmente questo valore è abbastanza fisso, ca 39-40mm per le 26” e ca 47mm per le 29. Vedremo più avanti il motivo di questa scelta…
- Il trail, che non è altro che la distanza, misurata sul terreno, tra l’asse del cannotto sterzo e la proiezione del mozzo.
Tra tutti questi parametri, quello che è più importante è il trail. Il valore di trail determina la maneggevolezza e la guidabilità della bici: trail più lungo significa bici più stabile sullo sconnesso, trail più corto significa maggior maneggevolezza.
Come si può facilmente notare dal disegno, variando l’angolo di sterzo senza modificare l’offset, si varia il trail. Per la precisione:
- Un angolo di sterzo più chiuso (più verticale) corrisponde ad un trail inferiore, quindi ad una bici più maneggevole
- Un angolo sterzo più aperto corrisponde ad un trail maggiore, quindi ad una bici più stabile sul veloce.
Vediamo che insomma tutto torna con quanto solitamente si dice relativamente all’angolo sterzo (angolo sterzo aperto significa bici stabile sul veloce, mentre angolo chiuso bici maneggevole). In realtà è l’effetto dell’angolo sterzo sul trail a determinare questa differenza di comportamento, di per se l’angolo di sterzo non comporterebbe particolari differenze sotto questo punto di vista.
Trail e diametro ruote
Abbiamo visto che il trail è fondamentale, in quanto determina il comportamento della bici durante la guida. È quindi importante vedere come tale valore si modifica con l’aumentare del diametro ruote.
Da un punto di vista pratico possiamo dire che due bici con stesso trail e ruote di diametro diverso hanno un comportamento molto simile.
Il trail è strettamente correlato all’altezza del mozzo da terra e quindi al diametro della ruota. Vediamo come:
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Il disegno mostra chiaramente come, mantenendo invariato l’offset e l’angolo di sterzo, ad una ruota più grande corrisponde un trail maggiore.
Per questo motivo risulta evidente che, se si vuole mantenere il trail costante e non si vuole modificare l’offset, l’unica è intervenire sull’angolo di sterzo chiudendolo.
L’angolo di sterzo ed il funzionamento della forcella
Abbiamo appena visto che per ottenere un comportamento simile su di una bici con ruote più grandi bisogna ridurre l’angolo di sterzo.
In realtà però l’angolo di sterzo non determina solo le caratteristiche di guidabilità di una bici, ma determina anche il funzionamento della forcella. E’ infatti sotto gli occhi di tutti che una forcella più distesa assorbe meglio le sollecitazioni. Un disegno ci può aiutare a capire meglio:
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L’ostacolo (della stessa entità) determina una sollecitazione che rappresentiamo con F. La sollecitazione è diretta verso il mozzo della ruota ed ha uguale inclinazione in entrambi i casi. L’inclinazione di F infatti dipende dalle dimensioni dell’ostacolo e da quelle della ruota. Essendo F diretta verso il baricentro, la possiamo traslare posizionando il centro di applicazione nel mozzo.
Come evidenziato bene nel disegno, nel caso di angolo sterzo più aperto F è quasi parallela alla forcella. Questo significa che la forza si scarica quasi completamente lungo la forcella, comprimendola e facendola lavorare al meglio. La componente perpendicolare all’asse degli steli (componente che determina la flessione all’indietro della forcella) è molto piccola.
Nel caso di angolo sterzo chiuso F è più inclinata della forcella, la quale si trova più verticale. Questo fa si che una porzione maggiore della forza si scarichi come componente flettente, con il risultato che la componente di forza assorbita dalla forcella sia minore (minore assorbimento dell’ostacolo) e che la forcella fletta di più.
In parole povere insomma la forcella più inclinata lavora meglio ed assorbe in maniera più efficace l’ostacolo, senza flettersi.
L’EFFETTO DELLE RUOTE PIU’ GRANDI
Abbiamo appena visto che una forcella più verticale lavora peggio ed abbiamo visto nei paragrafi precedenti che, per mantenere costante il trail, all’aumentare del diametro delle ruote bisogna verticalizzare (o chiudere) l’angolo di sterzo. Viene quindi naturale pensare che su una bici con ruote più grandi, la forcella lavori peggio.
La realtà è però diversa. Le ruote più grosse tendono a scavalcare più facilmente un ostacolo, grazie ad un angolo di impatto più favorevole.
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Il risultato pratico è che la direzione della forza F, derivante dall’impatto contro l’ostacolo, cambia direzione con il variare del diametro. In particolare più la ruota è grande, più questa risulta verticale:
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Le differenze sul disegno sono piccole, però se guardate con attenzione noterete come F sia più verticale di F’ che a sua volta è ancora più verticale di F’’.
Insomma, risulta quindi evidente che, a parità di ostacolo e di angolo di sterzo, la componente di F che si scarica perpendicolarmente alla forcella, facendola flettere, è inferiore.
Il maggior diametro delle ruote compie quindi un’azione mitigante, aiutando la forcella a lavorare meglio nonostante l’angolo sterzo più chiuso.
Ci tengo però a sottolineare che quest’effetto mitigante si ha soltanto nel caso di impatto con un ostacolo lungo il percorso e non durante la frenata, situazione in cui la situazione si aggrava ulteriormente a causa del maggior braccio determinato dalla ruota più grande.
I problemi di un angolo sterzo chiuso
Analizzando quanto detto in precedenza risulta quindi valida l’affermazione secondo la quale un angolo più chiuso su una 29er o 650b equivale ad uno più aperto su di una 26”.
I produttori quindi in una prima fase hanno optato per questa soluzione: utilizzare angoli più chiusi per non stravolgere il trail. In realtà si è però notato che un angolo sterzo troppo chiuso comporta una serie di problemi.
Il primo tra tutti è il cosiddetto “toe overlap”:
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Il toe overlap è quando, tenendo il pedale in avanti, la ruota anteriore va a toccare sul piede. Si tratta di un problema grave che impedisce di guidare la bici liberamente. Generalmente interessa soprattutto i telai più piccoli, quelli con orizzontale virtuale più corto e quindi ruota anteriore più vicina al movimento centrale.
Il secondo problema di un angolo sterzo troppo chiuso è la flessione della forcella in frenata. Abbiamo visto che l’effetto mitigante delle ruote più grandi si ha solo quando si incontra un ostacolo. In frenata invece le ruote più grosse determinano una maggiore leva che tende a far flettere ulteriormente la forcella, forcella che tra l’altro è più lunga e quindi più flessibile.
D’altronde non ci vogliono particolari nozioni di fisica per comprendere come una forcella più inclinata (angolo sterzo aperto) tenda a flettere meno di una più verticale (angolo sterzo chiuso). Se la forcella è più distesa, il peso del rider (verticale) esercita infatti un’azione che si oppone alla flessione della forcella più intensa.
La soluzione: aumentare l’offset
Poiché l’utilizzo di angoli sterzo troppo chiusi comportava non pochi problemi, si è quindi pensato di trovare una soluzione per ottenere il corretto valore di trail, senza però dover ricorrere ad angoli di sterzo eccessivamente verticali.
La soluzione adottata è stata quella di aumentare l’offset:
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Come si vede dal disegno, aumentando l’offset si va a ridurre il trail. Questo significa che a parità di trail (e quindi di comportamento della bici) si può utilizzare un angolo di sterzo più rilassato.
Un angolo di sterzo più aperto determina uno spostamento della ruota in avanti. Aumenta di conseguenza il passo (con annessi vantaggi e svantaggi) e risolve buona parte dei problemi di toe overlap.
La maggiore inclinazione della forcella la rende poi più rigida in frenata e la fa lavorare meglio.
Per ottenere questo risultato l’offset è passato dagli ormai canonici 39-42mm di una forcella da 26” ai ca 47mm di una tipica forcella 29er moderna
[img]http://fotoalbum.mtb-forum.it/image.php?id=314890&s=576&uid=3504[/img]
Ritorniamo a questo punto alla frase iniziale. Alla luce di queste considerazioni è quindi ancora corretto affermare che un angolo di sterzo più chiuso su una 29” o 27,5” corrisponde ad un’angolo più aperto di una 26”?
La risposta è si. L’incremento di offset non è infatti sufficiente a compensare la differenza di trail determinata dal diametro maggiore.
Facciamo un esempio numerico, calcoliamo il trail su due bici con angolo sterzo identico di 66°, una con ruote da 29” ed offset 46mm ed una con ruote da 26 ed offset 39:
[img]http://fotoalbum.mtb-forum.it/image.php?id=314891&s=576&uid=3504[/img]
E’ evidente che la variazione di trail dovuta al maggior diametro non è compensata (se non solo in parte) dal maggiore offset. Per ottenere lo stesso offset di 81,75mm bisognerebbe portare l’angolo sterzo a circa 67,5°.
Per cui è proprio vero, un angolo più chiuso su una 29” corrisponde ad uno più aperto su una 26: non c’è nessun trucco, è proprio così!
