[Mythbuster] E’ vero che con ruote più grandi servono dischi più grandi?

Un mito molto diffuso sostiene che passando a bici con ruote da 29″ o 27,5″ i freni siano più sollecitati e per tale motivo è necessario montare dischi più grandi o freni più potenti. Sarà vero o sarà falso? Scopriamolo nel Tech Corner di oggi!

Il momento meccanico (o coppia torcente)

Per comprendere quello che andremo ad analizzare più avanti dobbiamo prima di tutto capire che cosa si intende con momento o coppia torcente.

Per chi è a digiuno di meccanica possiamo definire il momento o coppia torcente come una “forza di torsione”.

Immaginiamo di stringere una vite: la coppia torcente o momento è la forza con cui serriamo questa vite.

Quando tiriamo la chiave esercitiamo una certa forza di trazione applicata ad una certa distanza (braccio) dalla vite. Il momento sulla vite (ovvero la forza di torsione che si applica sulla vite) dipende dalla forza e dal braccio secondo la formula:

Momento = Forza x Braccio

A parità di forza applicata, se impugniamo la chiave più esternamente eserciteremo un momento torcente maggiore. Ecco perchè per svitare i bulloni bloccati si usare una chiave più lunga.

Frenata e diametro ruote: forze in gioco

Passiamo ora al succo del nostro discorso, analizzando le forze in gioco durante una frenata.

Immaginiamo che un rider voglia ottenere una certa decelerazione, questa decelerazione si può vedere come una forza, opposta alla direzione del moto del rider, applicata sul punto di contatto ruota/terreno.

Questa forza di decelerazione si ottiene grazie al momento frenante applicato dal disco al mozzo, momento la cui intensità dipende dal braccio ovvero dal raggio della ruota.

Poichè:

momento frenante = raggio ruota x forza di decelerazione

viene da sè che, mantenendo costante la forza di decelerazione ed aumentando il raggio ruota, il momento frenante aumenta.

Traendo le somme quindi se vogliamo ottenere la stessa forza di decelerazione ed abbiamo delle ruote più grandi (quindi un braccio maggiore) il momento torcente che il freno deve applicare al mozzo è maggiore. Di conseguenza su di una 29″ il freno deve applicare più forza sul disco rispetto ad una 26″ con dischi di pari diametro.

Momento frenante e diametro dischi

Abbiamo parlato di momento frenante, che è la coppia che il disco trasmette al mozzo. Quello che però è realmente importante ai fini del funzionamento del freno è l’effettiva forza che le pastiglie trasmettono sulla superficie del disco. Possiamo definire questa forza come forza frenante.

La forza frenante è la forza che le pastiglie trasmettono al disco e dipende direttamente da:

la forza che noi andiamo ad applicare alla leva freno con le dite
le caratteristiche dell’impianto frenante (rapporto di leva del pompante, volume dello stesso, dispersioni dovute ai tubi, ecc).

Facendo un ragionamento analogo al precedente, andiamo a vedere come varia la forza frenante al variare del diametro del disco.

Immaginiamo di voler ottenere il medesimo momento frenante, necessario ad ottenere una certa decelerazione su una data bicicletta. Poichè:

momento frenante = raggio del disco x forza frenante

Se andiamo ad incrementare il raggio del disco vediamo che è sufficiente una forza frenante inferiore per ottenere lo stesso momento, quindi un minore stress dell’impianto.

Ritorniamo al discorso relativo ai diametri delle ruote. Abbiamo detto che aumentando il diametro delle ruote, a parità di condizioni esterne, si ha un momento frenante maggiore che un aumento della forza frenante richiesta, con conseguente maggiore stress per l’impianto e perdita di potenza.

Riassumendo in maniera schematica:

Se aumentiamo il diametro delle ruote, aumentiamo la forza frenante richiesta
Se aumentiamo il diametro dei dischi, riduciamo la forza frenante richiesta

Ecco quindi la soluzione. Se noi all’aumentare il diametro delle ruote, aumentiamo contemporaneamente il diametro del disco andiamo a bilanciare la situazione mantenendo costante la forza frenante.

Ecco quindi che il mito risulta confermato: