Il ciclismo deve il suo successo tanto alla meccanica quanto alla chimica

Fibra di carbonio nei telai, mescola nei copertoni e gomme speciali nei pattini di freni: senza la chimica il ciclismo di oggi sarebbe molto diverso da come lo conosciamo.

Attrito, momento di una forza, lavoro ed energia. Tutto questo caratterizza il funzionamento di una bicicletta. Non bisogna pensare tuttavia che dietro un così “semplice” mezzo di trasporto ci sia solo la fisica. Il ciclismo, infatti, deve il suo successo tanto ad essa quanto alla chimica.

Dal ferro alla fibra di carbonio: l’evoluzione del telaio

La tecnologia che si cela alle spalle dei telai delle biciclette è in continua evoluzione. Ciò riguarda sia l’aspetto fisico che ne garantisce l’aereodinamicità sia la composizione chimica, responsabile della leggerezza e della robustezza. All’inizio, quando non esistevano ancora tutti i tipi di biciclette che ci sono oggi (MTB, BMX, da corsa, fat bike, da passeggio, …) i telai erano molto semplici e vennero fabbricati prima in legno, poi in ferro. Naturalmente la loro durata non era secolare: bastava infatti un po’ di umidità per far sì che il legno marcisse o che il ferro arrugginisse. Ancora oggi sul mercato è possibile acquistare delle biciclette in ferro, ma si tratta per lo più di modelli per bambini, destinati a durare forse un paio d’anni.

Le soluzioni al problema della ruggine sono molteplici. La più semplice ed economica è l’acciaio inox (quello delle pentole). Il suo costo relativamente basso, tuttavia, è dovuto al maggior peso del veicolo che ostacola la pedalata durante la salita. Altri modelli sono fabbricati invece con una speciale lega di alluminio, la cui composizione resta un segreto di fabbrica. Il materiale risulta comunque soddisfacente e assicura un buon rapporto tra leggerezza, resistenza e prezzo. La scelta migliore, però, ricade sulla fibra di carbonio.

Fibra di carbonio intrecciata

Durante il processo di fabbricazione il materiale filiforme viene intrecciato per formare una specie di tessuto. Quest ultimo viene poi immerso in una soluzione contenente gli altri elementi con i quali si legherà chimicamente. Ciò garantisce che le fibre non si spostino e che dunque la loro struttura resti immutata anche dopo un urto violento. I vantaggi che si riscontrano nell’utilizzo di questo materiale sono l’elevata resistenza meccanica, la bassa densità, la capacità di isolamento termico, la resistenza a variazioni di temperatura e all’effetto di agenti chimici e le buone proprietà ignifughe. L’unico difetto è il prezzo non essendo accessibile a chiunque.

Copertoni: il giusto equilibrio tra la riduzione dell’attrito e l’aderenza al suolo

Come si intuisce dal titolo i copertoni delle ruote svolgono un ruolo di fondamentale importanza: innanzitutto proteggono la camera d’aria dalle schegge, ma assorbono anche parte degli urti e, in base alle caratteristiche regolano il grip, cioè l’aderenza al suolo. Maggiore è il grip e più la ruota sarà soggetta all’attrito dinamico con il suolo. Al contrario, se è vero che una minor aderenza rende tutto meno faticoso, va detto che durante una frenata quest’ultima potrebbe letteralmente salvarci la vita.

Il materiale di cui sono fatti i copertoni è chiamato: “mescola”. Esso viene prodotto partendo da un polimero unito ad additivanti chimici. Il composto finale viene poi vulcanizzato (cioè riscaldato e legato chimicamente allo zolfo) e montato sul cerchione. I diversi polimeri e i molteplici additivanti (la cui natura e il cui dosaggio sono anch’essi gelosamente tenuti segreti dalle singole fabbriche) possono rendere la gomma più o meno dura a seconda delle esigenze del ciclista. Una gomma dura non si deformerà facilmente e durerà più a lungo. Al contrario, un copertone morbido è più soggetto all’usura, ma, allo stesso tempo, garantisce un’aderenza migliore.
Per misurare la durezza della gomma basta far rimbalzare un corpo su di essa: più la gomma è dura maggiore sarà l’altezza raggiunta.

I freni: quando l’attrito ti salva la vita

Proprio perché senza di essi rischieremmo grosso sono stati investiti molto tempo ed energie nello sviluppo dei più moderni sistemi di frenata. Ad oggi esistono diversi tipi di freni che differiscono sia per alcune proprietà meccaniche che per le diverse composizioni chimiche.
In generale possiamo racchiuderli in tre gruppi: freni a pattini, freni a disco meccanici e freni a disco idraulici. Ci sarebbero poi anche quelli magnetici, ma sono ancora in fase di sperimentazione e dunque non in vendita.

Freno a disco
Freno a pattino

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ciò che accomuna i primi tre è il fatto che la frenata è una diretta conseguenza dell’attrito dinamico tra il cerchione o il disco e il “gommino” del freno. Anche in questo caso è necessario conciliare la durezza e la malleabilità della gomma: se fosse troppo dura non frenerebbe subito, ma durerebbe più a lungo. Qualora invece risultasse troppo morbida la frenata sarebbe migliore, ma bisognerebbe sostituirla molto più spesso. In generale, tanto i pattini quanto le pasticche (utilizzate rispettivamente nei freni a pattino e in quelli a disco) sono fabbricati utilizzando una gomma durissima e resistente alle elevate temperature. La fabbricazione prevede la compressione dei materiali (tra cui anche il sughero) la cui natura e la cui percentuale variano a seconda delle esigenze del ciclista. Il tutto, ovviamente, rispettando le “ricette” della casa produttrice. Esistono tuttavia anche i così detti “pattini da pioggia”. All’interno di questi ultimi la percentuale di gomma è bassissima e, nonostante l’enorme aderenza, questo tipo di freni tende a surriscaldarsi troppo durante le frenate prolungate, addirittura fino a prendere fuoco!

Il ciclismo non è solo una questione di fisica… lo dice anche Frankie hi-nrg mc

“La bicicletta non importa dove porti, è tutto un equilibrio di periodi e di rapporti, è tutta una questione di catene e di corone, di grasso che lubrifica la vita alle persone. … Non avere paura che sennò ti deconcentri, devi far coincidere i pesi e i baricentri. L’impegno di una coppia per un singolo momento: due le forze in gioco un solo movimento.” Con questi versi Frankie hi-nrg mc descrisse il ciclismo durante il Festival di San remo del 2014. Il cantante è riuscito perfettamente a conciliare metrica, ritmo e fisica dando vita a una canzone che tutt’oggi risuona nei cuori dei ciclisti. Eppure, nonostante la bravura dell’autore, il testo presenta un’imperfezione: a quanto pare Frankie ha dimenticato che, come abbiamo appena visto, oltre alla fisica, anche la chimica gioca un ruolo fondamentale nella performance di una bicicletta.

Andrea Grillo

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