calcolo potenza erogata

Febox

Apprendista Passista
24 Febbraio 2008
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Lavalledellelacrime....
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Canyon Cf SLX
Ne aprofitto per fare un'altra domanda, molto adatta a geni della matematica.

Qual è la formula inversa per calcore per esempio la Velocita teorica che raggiungo sapendo la mia potenza , il peso totale bici+ciclista e la pendenza della strada (variabili in gioco nella suddetta formula)?

Sarebbe comoda per sapere almeno sulla carta a quanto riesco ad avanzare se per esempio affronto un erta al 15%...
 

Matteo

Apprendista Passista
21 Ottobre 2006
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Semplificando un po' (formula adatta solo per velocità basse, quindi pendenze alte):

t = ( massa_totale [kg] * g [m/s2] * lunghezza_salita [m] * p [pendenza percentuale] ) / (100 * P [potenza in W] )

oppure:

t = ( massa_totale [kg] * g [m/s2] * dislivello [m] ) / (P [potenza in W] )

Aggiungerei un 5% per gli attriti vari al tempo ottenuto.

Per salite "veloci" e volendo considerare l'attrito in modo più scientifico, ci vorrebbe un matematico che sappia maneggiare le radici di un'equazione di terzo grado (non è che sia difficile... è che io non sono capace).
 

giovagiov

Velocista
9 Aprile 2008
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Ravenna
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Olympia
Secondo me la formula sottostima un po' l'influenza del peso in pianura...provate a fare 40km in pianura caricandovi 10kg: dubito che la performance peggiori solo del 10%...

Comunque nessuno ha mai provato a fare un riscontro con i dati dell'SMR?
 

MrSpock

Velocista
18 Settembre 2008
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Per salite "veloci" e volendo considerare l'attrito in modo più scientifico, ci vorrebbe un matematico che sappia maneggiare le radici di un'equazione di terzo grado (non è che sia difficile... è che io non sono capace).

Mi è capitato recentemente di invertire e risolvere la Formula di Ambrosini ricavando la Velocità.

Riesumo il post perchè può essere utile ad altri.

Si parte dalla formula nella sua forma originale :

pW = [P*(p+Ka) + (KS*v*v)]*v*g

g = 9,80665 [m/s^2]

Dove :

pW = [W] Potenza media applicata alla ruota
P = [Kg] Peso ciclista + Bici
p = [%] Pendenza
Ka = Coefficiente di attrito (0,01 = asfalto perfetto)
KS = Coefficiente aerodinamico (0,021 medio)
v = [m/s] Velocità

Si inverte ricavando l'equazione di terzo grado in v :

(KS*g)*v^3 + [P*(p+Ka)*g]*v - pW = 0

Per la risoluzione di applica la Formula di Cardano per la risoluzione di equazioni di terzo grado del tipo :

A*X^3 + B*X^2 + C*X + D = 0

http://it.wikipedia.org/wiki/Funzione_cubica

La formula si applica su A normalizzato a 1, quindi :

X^3 + (B/A)*X^2 + (C/A)*X + (D/A) = 0
X^3 + b*X^2 + c*X + d = 0

dove :

b = B/A
c = C/A
d = D/A

Quindi sostituendo i termini della Formula di Ambrosini invertita :

b = 0
c = [P*(p+Ka)*g] / (KS*g) = [P*(p+Ka)] / KS
d = -pW / (KS*g)

Ricavo q ed r :

q = (3*c-b^2)/9 = c/3
r = (9*b*c-27*d-2*b^3)/54 = -d/2

Quindi ricavo s e t :

s = sqrt3[(r/2)+sqrt2(q^3/27+r^2/4)]
t = sqrt3[(r/2)-sqrt2(q^3/27+r^2/4)]

Quindi ricavo l'unica soluzione Reale (le altre 2 sono immaginarie) :

x1 = s+t-b/3 = s+t

La risoluzione è lunga ma si fa velocemente con un Foglio Excel. Allego un foglio di esempio che è in grado di ricavare pW, KS e v dati gli altri parametri.

Massimo
 

Allegati

  • FormulaDiAmbrosini.xls
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MIKE SCOTT

via col vento
21 Ottobre 2008
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nell'etere
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proprio in questo sito Tendola ha pubblicato un foglio per il calcolo della potenza che è fenomenale......in salita secondo me è come avere un rilevatore di potenza......adesso non ricordo dove ma era un 3d dove si parlava di wattaggio.....foglio excel
 

Matteo

Apprendista Passista
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Mi è capitato recentemente di invertire e risolvere la Formula di Ambrosini ricavando la Velocità.

Riesumo il post perchè può essere utile ad altri.

Si parte dalla formula nella sua forma originale :

pW = [P*(p+Ka) + (KS*v*v)]*v*g

g = 9,80665 [m/s^2]

Dove :

pW = [W] Potenza media applicata alla ruota
P = [Kg] Peso ciclista + Bici
p = [%] Pendenza
Ka = Coefficiente di attrito (0,01 = asfalto perfetto)
KS = Coefficiente aerodinamico (0,021 medio)
v = [m/s] Velocità

Si inverte ricavando l'equazione di terzo grado in v :

(KS*g)*v^3 + [P*(p+Ka)*g]*v - pW = 0

Per la risoluzione di applica la Formula di Cardano per la risoluzione di equazioni di terzo grado del tipo :

A*X^3 + B*X^2 + C*X + D = 0

http://it.wikipedia.org/wiki/Funzione_cubica

La formula si applica su A normalizzato a 1, quindi :

X^3 + (B/A)*X^2 + (C/A)*X + (D/A) = 0
X^3 + b*X^2 + c*X + d = 0

dove :

b = B/A
c = C/A
d = D/A

Quindi sostituendo i termini della Formula di Ambrosini invertita :

b = 0
c = [P*(p+Ka)*g] / (KS*g)
d = -pW / (KS*g)

Ricavo q ed r :

q = (3*c-b^2)/9 = c/3
r = (9*b*c-27*d-2*b^3)/54 = -d/2

Quindi ricavo s e t :

s = sqrt3[(r/2)+sqrt2(q^3/27+r^2/4)]
t = sqrt3[(r/2)-sqrt2(q^3/27+r^2/4)]

Quindi ricavo l'unica soluzione Reale (le altre 2 sono immaginarie) :

x1 = s+t-b/3 = s+t

La risoluzione è lunga ma si fa velocemente con un Foglio Excel. Allego un foglio di esempio che è in grado di ricavare pW, KS e v dati gli altri parametri.

Massimo

Grande!!!

o-o
 

Bombo

Pignone
1 Dicembre 2008
152
13
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Airborne
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proprio in questo sito Tendola ha pubblicato un foglio per il calcolo della potenza che è fenomenale......in salita secondo me è come avere un rilevatore di potenza......adesso non ricordo dove ma era un 3d dove si parlava di wattaggio.....foglio excel

Allego il file Excel che ho costruito io tempo fa; spero che sia al livello di quelli già citati.

Ciao

Vedi l'allegato Meccanica bicicletta 1.xls
 

K_1

Novellino
3 Dicembre 2009
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La Potenza media in Watt (Formula di Ambrosini)

pW = [[P*(p / 100 +a)+(KS*v*v)]*v]*9,81


Scusate ma state a giocare coi millesimi del coefficiente di attrito volvente, e la formula è grossolanamente approssimata per quel che riguarda la pendenza.

P*(p/100) vorrebbe essere la componente della forza peso che si oppone al moto, ma (p/100) è la tangente dell'angolo di inclinazione della strada. Ci vorrebbe il seno (che comunque per angoli piccoli si può approssimare con la tangente, ma non per angoli superiori ai 5 - 6 gradi)

Quindi verrebbe P* sen[arctg(p/100)].

La seconda approssimazione grossolana è sulla forza di attrito volvente, che è il coefficiente di attrito volvente a moltiplicata la componente della forza peso perpendicolare alla strada.
Che nel caso ci sia pendenza, non è P, ma è P*cos[arctg(p/100)].


Quindi io modificherei così:

pW = [P * {sen[arctg(p/100)] + a*cos[arctg(p/100)]} + (KS*v*v)] * v * 9,81

e probabilmente nei calcoli vengono differenze significative di potenza, specie per pendenze elevate.
 

Bombo

Pignone
1 Dicembre 2008
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Scusate ma state a giocare coi millesimi del coefficiente di attrito volvente, e la formula è grossolanamente approssimata per quel che riguarda la pendenza.

P*(p/100) vorrebbe essere la componente della forza peso che si oppone al moto, ma (p/100) è la tangente dell'angolo di inclinazione della strada. Ci vorrebbe il seno (che comunque per angoli piccoli si può approssimare con la tangente, ma non per angoli superiori ai 5 - 6 gradi)

Quindi verrebbe P* sen[arctg(p/100)].

La seconda approssimazione grossolana è sulla forza di attrito volvente, che è il coefficiente di attrito volvente a moltiplicata la componente della forza peso perpendicolare alla strada.
Che nel caso ci sia pendenza, non è P, ma è P*cos[arctg(p/100)].


Quindi io modificherei così:

pW = [P * {sen[arctg(p/100)] + a*cos[arctg(p/100)]} + (KS*v*v)] * v * 9,81

e probabilmente nei calcoli vengono differenze significative di potenza, specie per pendenze elevate.

Azz, del seno avevo tenuto conto (deformazione di genere?:sbavon:) ma della componente del peso perpendicolare alla strada proprio no :oops:

Vado a modificare la formula e torno.

Grazie.

:hail:

 

MrSpock

Velocista
18 Settembre 2008
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Scusate ma state a giocare coi millesimi del coefficiente di attrito volvente, e la formula è grossolanamente approssimata per quel che riguarda la pendenza.

P*(p/100) vorrebbe essere la componente della forza peso che si oppone al moto, ma (p/100) è la tangente dell'angolo di inclinazione della strada. Ci vorrebbe il seno (che comunque per angoli piccoli si può approssimare con la tangente, ma non per angoli superiori ai 5 - 6 gradi)

Quindi verrebbe P* sen[arctg(p/100)].

La seconda approssimazione grossolana è sulla forza di attrito volvente, che è il coefficiente di attrito volvente a moltiplicata la componente della forza peso perpendicolare alla strada.
Che nel caso ci sia pendenza, non è P, ma è P*cos[arctg(p/100)].


Quindi io modificherei così:

pW = [P * {sen[arctg(p/100)] + a*cos[arctg(p/100)]} + (KS*v*v)] * v * 9,81

e probabilmente nei calcoli vengono differenze significative di potenza, specie per pendenze elevate.

La formula non è grossolanamente approssimata in quanto su pendenze utili (diciamo fino al 20%, circa 11.3 gradi) l'errore è sufficientemente ridotto.
Ti faccio una tabellina per rendere il concetto in numeri :

[P*(p/100)] vs [P*(sen(arctg(p/100)))]

1% -> (P*0,01) vs (P*0,00999999)
5% -> (P*0,05) vs (P*0,04993761)
10% -> (P*0,10) vs (P*0,09950372)
20% -> (P*0,20) vs (P*0,19611613)

[P*a] vs [P*a*(cos(arctg(p/100)))]

1% -> (P*a) vs (P*a*0,99995000)
5% -> (P*a) vs (P*a*0,99875234)
10% -> (P*a) vs (P*a*0,99503719)
20% -> (P*a) vs (P*a*0,98058067)

Ma in soldoni questo cosa vuol dire sul calcolo della pW ?
Anche qua basta fare qualche prova con qualche esempio realistico per rendersi conto che l'errore effettivo finale è pienamente trascurabile.

Es.:

P=90 [Kg] (x Es.: 80 [Kg] uomo + 10 [Kg] bici)
a=0,004
KS=0,017
v=14 [Km/h]
p=10%

pW(approssimata) = 366,767 Watt
pW(precisa) = 364,995 Watt

L'errore è contenuto nell'ordine del 5 per mille. Puoi variare i dati abbastanza a piacimento ma l'errore resta sempre di quella grandezza. Sotto al 10% si riduce a pochi punti per mille.
Al 15% di pendenza l'errore è intorno all'1% mentre se ci spingiamo fino al 20% di pendenza (sempre che qualcuno usi veramente la formula per certe pendenze...) l'errore arriva mediamente fino al 2%.
A me non sembra che si possa parlare di errori grossolani soprattutto su un calcolo che di per sè si basa su dati di partenza (Peso, KS, a e v) che hanno una imprecisione maggiore.

Riguardo al giocare con i millesimi dell'attrito volvente (a), un cambiamento di 0,001 (1 millesimo) produce un errore sul risultato che va mediamente dall'1% al 2%, sensibilmente superiore al 5 per mille della formula approssimata.
Sull'attrito viscoso (KS) un errore di 0,001, specialmente in pianura e ad alte velocità, produce mediamente errori anche oltre il 7%.

Tutte queste cose le puoi verificare facendo variare i parametri indicati o calcolandoti direttamente l'errore.

A volte (spesso) l'intuizione inganna facendo sembrare le cose più importanti di quello che sono.

Massimo
 

K_1

Novellino
3 Dicembre 2009
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Al 15% di pendenza l'errore è intorno all'1%
...cut...
un cambiamento di 0,001 (1 millesimo) produce un errore sul risultato che va mediamente dall'1% al 2%

Sono dello stesso ordine di grandezza, se "giochi" con uno, non vedo perchè non correggere l'altro.

La formula è grossolanamente approssimata per quel che riguarda la pendenza, (come ho già scritto), per il resto va più che bene.


Sì, francamente pensavo iniziasse ad incidere a pendenze minori, ma ti ripeto che sono dello stesso ordine di grandezza e secondo me, per quanto realisticamente irrilevanti, se fai quel tipo di variazioni su una, devi mettere anche l'altra. E' formalmente più corretto così. Che tra l'altro mi pare proprio una cosa semplice, visto che è roba da piano inclinato delle scuole medie superiori.
 
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MrSpock

Velocista
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Sono dello stesso ordine di grandezza, se "giochi" con uno, non vedo perchè non correggere l'altro. La formula è grossolanamente approssimata per quel che riguarda la pendenza, (come ho già scritto), per il resto va più che bene.

IMHO è sbagliato dire che è grossolanamente approssimata proprio perchè l'errore è dipendente dalla pendenza e va da 0 errore sullo 0% a errore infinito su pendenza infinita (90 gradi).
Siccome la formula nella stragrande maggioranza dei casi realistici viene usata con pendenze inferiori al 10% è falso dire che siamo di fronte a un errore grossolano.

Poi sono pienamente daccordo sul fatto che costa poco correggerla (se il conto lo si fa fare in automatico da un PC) e che sia importante sottolineare che la formula è una semplificazione, onde evitare che venga usata laddove non ha più senso usarla.

Massimo
 

MrSpock

Velocista
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Siccome mi è stato chiesto altrove, posto qua (così evitiamo un mega-OT) il procedimento tratto da un documento che avevo scritto tempo fa e che spiega come si arriva alla formula sopra citata.

Mi scuso per eventuali errori e/o omissioni.

2 Un po’ di Fisica…

2.1 Forza, Lavoro e Potenza

Diamo qualche definizione di fisica meccanica di base.
Prendo in prestito dalla onnipresente Wikipedia con qualche variazione :

[URL="http://it.wikipedia.org/wiki/Forza"][URL="http://it.wikipedia.org/wiki/Forza"][url]http://it.wikipedia.org/wiki/Forza[/URL][/URL][/URL]

“ Una forza è una grandezza fisica vettoriale che si manifesta nell'interazione di due o più corpi, sia a livello macroscopico, sia a livello delle particelle elementari, che cambia lo stato di quiete o di moto dei corpi stessi.

Nel Sistema Internazionale l'unità di misura per la forza è il Newton (N).
Una forza di 1 Newton imprime ad un corpo con la massa di 1 kg l'accelerazione di 1 metro al secondo quadro (m/s²). ”

[URL="http://it.wikipedia.org/wiki/Lavoro"][URL="http://it.wikipedia.org/wiki/Lavoro"][url]http://it.wikipedia.org/wiki/Lavoro[/URL][/URL][/URL]

“ In meccanica classica, il lavoro di una forza costante lungo un percorso rettilineo è definito come il prodotto scalare del vettore forza per il vettore spostamento.

Nel Sistema Internazionale l'unità di misura per il lavoro è il Joule (J).
1 Joule corrisponde allo spostamento di 1 metro di una forza di 1 Newton ”

[URL="http://it.wikipedia.org/wiki/Potenza_(fisica"][URL="http://it.wikipedia.org/wiki/Potenza_(fisica"][url]http://it.wikipedia.org/wiki/Potenza_(fisica[/URL][/URL])[/URL]

“ La potenza è definita come il lavoro compiuto nell'unità di tempo.

In base al principio di uguaglianza tra lavoro ed energia, la potenza misura anche la quantità di energia scambiata nell'unità di tempo, in un qualunque processo di trasformazione, meccanico, elettrico, termico o chimico che sia.
Nel caso di energia meccanica (lavoro), la potenza corrisponde anche al prodotto della forza (F) per la velocità del punto di applicazione (v) :

P = F*v

e, nel caso di moti rotatori, al prodotto della coppia (M=momento di una forza) per la velocità angolare (w) :

P = M*w

Nel Sistema Internazionale l'unità di misura per la potenza è il Watt (W).
1 Watt corrisponde al lavoro di 1 Joule in 1 secondo. “



2.2 Applicazione alla bicicletta

Nel ciclismo il processo di “avanzamento della bici” avviene nel seguente modo :

Il ciclista applica con le gambe una certa forza sui pedali.
L’applicazione di una forza sui pedali (in realtà di una coppia di forze), fa ruotare le pedivelle intorno al movimento centrale ad una certa velocità e quindi con una certa frequenza/cadenza (misurabile con un cadenzimetro).
Il prodotto della forza per la cadenza, in base a quanto detto precedentemente, determina quanto lavoro viene svolto, e quindi di conseguenza quanta potenza viene prodotta (misurabile con un powermeter SRM).
La trasmissione (corona+catena+pignone) ha lo scopo di trasferire la potenza generata sul movimento centrale al mozzo della ruota posteriore (misurabile con un powermeter CycleOps PowerTap sul mozzo o un Polar sulla catena), riducendo al minimo le perdite.
La ruota posteriore quindi subisce attraverso il mozzo una forza che la farà ruotare a una velocità dipendente dal “rapporto di trasmissione” (misurabile con un ciclocomputer tradizionale).
L’avanzamento avverrà quando la forza trasferita dalla ruota alla strada sarà sufficiente a vincere tutte le forze che si oppongono al movimento, sostanzialmente attriti (radente, volvente e aerodinamico) e la forza peso (principalmente nel caso di salita).

Lo scopo dei rapporti è quello di, a parità di potenza generata sui pedali, scambiare tra di loro le grandezze fisiche di forza (coppia) e velocità in modo da aumentare l’una a scapito dell’altra. Tipicamente in pianura e discesa sarà utile poter sviluppare, a parità di cadenza, maggiore velocità perché è necessaria meno forza per avanzare, mentre in salita viceversa servirà avere alla ruota una maggior forza (coppia) per vincere la gravità.
La velocità di rotazione della ruota, esattamente come avviene con una puleggia, sarà uguale a quella della pedivella se il rapporto di trasmissione è 1:1 (numero di denti della corona diviso il numero di denti del pignone uguale a 1, ovvero uguali), mentre sarà maggiore o minore a se il rapporto di trasmissione darà maggiore o minore di 1.

Per avanzare bisogna quindi sempre produrre potenza (a meno di essere in discesa, spinti dal vento o in avanzamento per inerzia) e quindi sono necessarie entrambe le grandezze fisiche : forza e velocità.



3 Formula di Ambrosini

3.1 Calcolo della Potenza (Data la Pendenza e la Velocità)

Per mantenere una velocità costante (o per accelerare), un ciclista deve applicare in ogni istante una forza alla ruota tale da eguagliare (o superare) tutte le forze che si oppongono al movimento del sistema ciclista+bici.
In particolare possiamo individuare le seguenti forze (tutte maggiori o uguali a 0) che si oppongono al movimento istante per istante :

Fsal[N] = Forza resistente del piano inclinato (componente della forza peso da portare in alto). Se fosse minore di 0 stiamo parlando di discesa e quindi questa diventa una forza propulsiva.
Frot[N] = Forza resistente al rotolamento (attrito volvente della ruota)
Faria[N] = Forza resistente dell’aria (attrito aerodinamico del sistema ciclista+bici)
Fter[N] = Forza resistente dovuta alle irregolarità del terreno

E la seguente forza che invece serve a produrre movimento :

Fprop[N] = Forza propulsiva alla ruota espressa dal ciclista attraverso il sistema pedali à pedivelle à corona à catena à pignone à mozzo

Per calcolare la potenza possiamo basarci sulla formula (spiegata precedentemente) :

pW = Fprop*v

Dove :

pW[W] = Potenza media applicata alla ruota
v[m/s] = Velocità della bici

Possiamo quindi scrivere l’equazione che descrive il bilanciamento delle forze che agiscono sulla bici nel caso di velocità costante :

Fprop = Fsal + Frot + Faria + Fter

Ovvero :

Fprop – (Fsal + Frot + Faria + Fter) = 0 = Fris

Se ci limitiamo a studiare il caso a velocità costante (in cui quindi abbiamo superato il transitorio di accelerazione o decelerazione che ci ha portato ad una certa velocità) possiamo quindi affermare che :

pW = Fprop*v = (Fsal + Frot + Faria + Fter)*v

Tutte le forze e la velocità trattate variano in realtà istante per istante, quindi dal punto di vista puramente matematico per calcolare le forze e la potenza si dovrebbe lavorare su integrali di grandezze infinitesime.
Nella realtà per i nostri scopi ciò sarebbe una complicazione del tutto inutile. E’ sufficiente quindi andare a misurare Forze e la Potenza medi su intervalli di tempo ben definiti più o meno lunghi, o per tratti, a seconda del tipo di valutazione che si intende fare (dai secondi alle decine di minuti).
Quindi per calcolare il valore della potenza non ci resta che ricavarci il valore delle forze in gioco in funzione di grandezze fisiche che possiamo misurare direttamente con gli strumenti reali a nostra disposizione.

1. La forza necessaria a vincere la forza peso in salita Fsal è uguale e contraria alla componente della forza peso parallela alla direzione di moto. Quindi è pari a :

Fsal = (P*g)*sen(arctg(p))

Dove :

P[kg] = Peso ciclista+bici (P*g trasforma la forza peso da kg a Newton)
p[%] = Pendenza (10% = 0,1)
g[m/s^2] = Accelerazione di gravità (9,80665 m/s^2)

Vale 0 in pianura (0 gradi) ed è pari a P*g su un ipotetico muro verticale a 90 gradi.

2. La forza necessaria a vincere il rotolamento Frot è proporzionale e contraria alla componente della forza peso “premente” perpendicolare alla direzione di moto (e al piano di appoggio). Quindi è pari a :

Frot = (Ka’/r)*(P*g)*cos(arctg(p))
Frot = Ka*(P*g)*cos(arctg(p))

Dove :

r[m] = Raggio della ruota posteriore
Ka’[m] = Coefficiente di attrito di rotolamento assoluto
Ka[#] = Coefficiente di attrito di rotolamento relativo (ingloba già il raggio ruota)
(0,001=asfalto perfetto / 0,004=asfalto medio)

Vale 0 su un ipotetico muro a 90 gradi ed è pari a Ka*P*g in pianura (0 gradi).

3. La forza necessaria a vincere l’attrito con l’aria Faria è propozionale e contraria al quadrato della velocità relativa della bici con l’aria circostante. Quindi è pari a :

Faria = Kdf*(v+vw)^2
Faria = (Kdf’*g)*(v+vw)^2

Dove :

Kdf’[kg*s^2/m^2] = Coefficiente di resistenza aerodinamica (Drag factor)
(0,017=posizione bassa aerodinamica / 0,021=medio)
Kdf[kg/m] = Kdf’[kg*s^2/m^2]*g = Coefficiente di resistenza aerodinamica (Drag factor)
v[m/s] = Velocità della bici tangenziale al terreno
vw[m/s] = Componente della velocità del vento parallela alla direzione della bici (negativa se il vento è a favore, positiva se è contro).

4. La forza resistente dovuta alla irregolarità del terreno non è facilmente valutabile e quindi la si considera nulla e “annegata” nei coefficienti Kdf e Ka.

Quindi riportando tutte le forze nella formula precedente :

pW[W] = Fp*v

Abbiamo :

pW[W] = { Fsal + Frot + Faria }*v
pW[W] = {(P*g)*[sen(arctg(p))+Ka*cos(arctg(p))]+[(KS*g)*(v+vw)^2] }*v

pW[W] = {P*[sen(arctg(p))+Ka*cos(arctg(p))]+[KS*(v+vw)^2]}*v*g

Ovvero la formula più nota con il nome di “Formula di Ambrosini”.
Per pendenze piccole (<10% circa) e considerando assenza di vento a favore/contro, è possibile approssimare nel seguente modo :

sen(arctg(p)) =~ p
cos(arctg(p)) =~ 1-p oppure 1
vw = 0

Quindi :

pWapprox1[W] = [P*(p+(1-p)*Ka)+KS*v^2]*v*g

Oppure :

pWapprox2[W] = [P*(p+Ka)+KS*v^2]*v*g

(continua)
 

MrSpock

Velocista
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3.2 Calcolo della Velocità (data la Pendenza e la Potenza)

Si parte dalla formula nella sua forma originale semplificata :

pWa = [P*(p+Ka) + (KS*v*v)]*v*g

…oppure nella forma precisa :

pWp = [P*(sen(arctg(p))+Ka*cos(arctg(p))) + (KS*v*v)]*v*g

Dove :

pWa[W] = Potenza media applicata alla ruota (semplificata per basse pendenze)
pWp[W] = Potenza media applicata alla ruota (precisa, valida per qualunque pendenza)
P[kg] = Peso ciclista + Bici
p[%] = Pendenza (10% = 0,1)
Ka = Coefficiente di attrito (0,001=asfalto perfetto / 0,004=asfalto medio)
KS = Coefficiente aerodinamico (0,017=posizione bassa aerodinamica / 0,021=medio)
v[m/s] = Velocità della bici
g[m/s^2] = Accelerazione di gravità (9,80665)

Si inverte ricavando l'equazione di terzo grado in v :

(KS*g)*v^3 + [P*(p+Ka)*g]*v - pWa = 0

…oppure utilizzando la formula precisa :

(KS*g)*v^3 + [P*(sen(arctg(p))+Ka*cos(arctg(p)))*g]*v - pWp = 0

Per la risoluzione di applica la Formula di Cardano per la risoluzione di equazioni di terzo grado del tipo :

A*X^3 + B*X^2 + C*X + D = 0

[URL="http://it.wikipedia.org/wiki/Funzione_cubica"][url]http://it.wikipedia.org/wiki/Funzione_cubica[/URL][/URL]

La formula si applica su A normalizzato a 1, quindi :


X^3 + (B/A)*X^2 + (C/A)*X + (D/A) = 0
X^3 + b*X^2 + c*X + d = 0

dove :

b = B/A
c = C/A
d = D/A

Quindi sostituendo i termini della Formula di Ambrosini invertita :

b = 0
c = [P*(p+Ka)*g] / (KS*g) = [P*(p+Ka)] / KS
d = -pWa / (KS*g)

…oppure nella forma precisa :

b = 0
c = [P*(sen(arctg(p))+Ka*cos(arctg(p)))] / KS
d = -pWp / (KS*g)

Ricavo q ed r :

q = (3*c-b^2)/9 = c/3
r = (9*b*c-27*d-2*b^3)/54 = -d/2

Quindi ricavo s e t :

s = sqrt3[(r/2)+sqrt2(q^3/27+r^2/4)]
t = sqrt3[(r/2)-sqrt2(q^3/27+r^2/4)]

Quindi ricavo l'unica soluzione Reale (le altre 2 sono immaginarie) :

x1 = s+t-b/3 = s+t

La risoluzione è lunga ma si fa velocemente con un Foglio Excel.

[url]http://mrspock75.altervista.org/_altervista_ht/Bici/Altro/5Km5.xls[/URL]

Massimo
 

fast1

Apprendista Cronoman
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Bici
[/COLOR]
L&#8217;avanzamento avverrà quando la forza trasferita dalla ruota alla strada sarà sufficiente a vincere tutte le forze che si oppongono al movimento, sostanzialmente attriti (radente, volvente e aerodinamico) e la forza peso (principalmente nel caso di salita).

Attrito radente da "superare"?;nonzo%:-x

...e che si oppone al movimento?
 
Ultima modifica:

MrSpock

Velocista
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Attrito radente da "superare"?;nonzo%:-x

...e che si oppone al movimento?

In realtà era l'attrito dovuto alle irregolarità del terreno considerato trascurabile o comunque inglobabile nel coefficiente di attrito volvente. Non c'entra con l'attrito radente ma non sapevo che nome dargli ;nonzo%

"superare" comunque l'ho usato in un contesto diverso :

"Per mantenere una velocità costante (o per accelerare), un ciclista deve applicare in ogni istante una forza alla ruota tale da eguagliare (o superare) tutte le forze che si oppongono al movimento del sistema ciclista+bici."

Volevo aggiungere "in modulo, stessa direzione e con verso contrario", ma mi sembrava di complicare inutilmente il concetto che si capisce lo stesso... (o no?).

Massimo
 

fast1

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In realtà era l'attrito dovuto alle irregolarità del terreno considerato trascurabile o comunque inglobabile nel coefficiente di attrito volvente. Non c'entra con l'attrito radente ma non sapevo che nome dargli ;nonzo%

"superare" comunque l'ho usato in un contesto diverso :

"Per mantenere una velocità costante (o per accelerare), un ciclista deve applicare in ogni istante una forza alla ruota tale da eguagliare (o superare) tutte le forze che si oppongono al movimento del sistema ciclista+bici."

Volevo aggiungere "in modulo, stessa direzione e con verso contrario", ma mi sembrava di complicare inutilmente il concetto che si capisce lo stesso... (o no?).

Massimo

Riprendevo quelle tue parole perchè è proprio la forza di attrito di contatto ruota-suolo a causare le accelerazioni della bici. E' una forza concorde con la direzione del moto della bici (non è così se freni).

Se consideri il sistema bici e applichi F=m*a non utilizzi certo le forze scambiate tra piedi e pedali o le forze che il ciclista trasmette alla ruota, utilizzi la forza di attrito di contatto ruota-suolo. Tutte le altre forze e coppia, comprese quelle che la catena scambia con la ruota posteriore, sono forze e coppie interne ed autoequilibrate.
Poi è chiaro che nella "catena del moto" ci sono anche quelle forze, ma la bici accelera se e solo se la forza di attrito di contatto ruota-suolo è maggiore delle forze che si oppongono al moto, non può essere una forza o coppia interna a rientrare in F=m*a e ad esser considerata responsabile dell'accelerazione.
Fra l'altro la ruota riceve direi una coppia dalla catena, ma la bici non rotola.

In pratica direi che:

il sistema bici+ciclista accelera se la risultante delle forze esterne nette è positiva, le forze esterne sono quelle scambiate tra ruote e suolo, forze aerodinamiche e forza dovuta alla gravità.

Le forze dovute alle irregolarità del terreno rientrano generalmente nei coeff di attrito, dato che si parla di coeff di attrito legati non ad un singolo corpo o singola ruota o singola superficie, ma di coeff di attrito di una coppia di superfici.

Quindi tutte quelle forze o coppie interne, la forza piede-pedale, le forze che la catena trasmette alla ruota, sono autoequilibrate, non causano l'accelerazione, ma causano quella forza di attrito di contatto ruota-suolo che è l'unica forza "propulsiva", è la l'unica forza esterna che causa l'accelerazione della bici.

Poi facendo il diagramma di corpo libero della ruota posteriore ci si accorgerà che questa forza è legata anche alle forze che la ruota posteriore riceve.

Però questa forza di contatto ruota-suolo è limitata, fissato il peso del sistema bici+ciclista, ha un valore massimo che non può esser superato. Se sei sul ghiaccio questo valore è molto piccolo.

Chiaramente questa forza ruota suolo non può esser calcolata utilizzando il coeff d'attrito di contatto ruota suolo perchè con quel coeff sitrova solo la massima forza di contatto realizzabile, non quella che il ciclista realizza in ogni momento.

E' come la cassa poggiata a terra, la forza tangenziale cassa-suolo non può esser calcolata dal coeff d'attrito di contatto, perchè dipende anche dalla forza che applico alla cassa, però il coeff d'attrito permette di calcolare il valore massimo di questa forza di contatto cassa-suolo.