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MotoGP, Baricentro e ‘salad box’ Ducati: meglio in alto o in basso?

TECNICA, SECONDA PARTE - La misteriosa ‘scatola porta insalata’, posta sotto il codone delle Ducati, va in contrasto con il concetto di centralizzazione delle masse introdotto nella prima parte. Come cambia il comportamento della moto al variare della distribuzione delle masse?

MotoGP: Baricentro e ‘salad box’ Ducati: meglio in alto o in basso?

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SEGUE DA: PRIMA PARTE

Ci eravamo lasciati sul perché si investe tempo e denaro nella corretta disposizione delle masse. La risposta è il momento d’inerzia che rappresenta la resistenza di un corpo in rotazione a variare la propria velocità angolare attorno al proprio asse. Il concetto è analogo al ruolo della massa in moto rettilineo. Più un mezzo è pesante, maggiore sarà l’inerzia e più difficoltosa sarà la sua accelerazione (o frenata). Il momento d’inerzia è proporzionale al prodotto della massa con il quadrato della distanza del punto (in cui si ipotizza concentrata tutta la massa) rispetto al proprio asse di rotazione. In questi termini si spiega come a parità di massa quella che si trova più lontano dall’asse di rotazione ha un contributo maggiore. Contributo maggiore che si traduce in una maggior resistenza del corpo a variare la propria velocità. Moltiplicando il momento d’inerzia per la velocità angolare si ottiene il momento angolare.

Ci sono alcuni esempi pratici che chiariscono bene il concetto della conservazione del momento angolare. Il momento angolare rimane costante se non ci sono forze esterne perturbartici. Un uomo seduto su uno sgabello tiene nelle mani due pesi mentre sta ruotando. Per quanto detto prima se avvicina i pesi al petto sta diminuendo il momento d’inerzia. Dovendo conservarsi il momento angolare vuol dire che la velocità di rotazione deve aumentare. Facendo riferimento alla formula espressa in figura se I diminuisce ω deve aumentare affinché L non cambi. In maniera del tutto analoga una pattinatrice sul ghiaccio che sta roteando su se stessa con una certa velocità angolare riesce ad accelerare chiudendo le braccia, avvicinando la distribuzione della sua massa corporea al baricentro. Ultimo esempio, promesso, una tuffatrice dopo lo slancio del trampolino avvicina a se gambe e braccia per aumentare la propria velocità di rotazione. Per concludere il tuffo correttamente, distende gambe e braccia per rallentare la sua rotazione e riuscire ad entrare perpendicolarmente all’acqua.
E’ chiaro come la distribuzione dei pesi, in particolare il posizionamento rispetto al centro di massa, vada ad influire sulla dinamica della moto.

Il concetto appena analizzato conduce ad analizzare anche la differenza tra masse sospese e non sospese. Le masse non sospese sono tutte quelle a valle della sospensione come ruote dischi freni ecc. Le masse sospese sono quelle a monte dello schema sospensivo come motore e telaio. Le masse non sospese sono posizionate ai due estremi dell’interasse e quindi lontane dal baricentro. Il fatto che buona parte delle masse non sospese siano anche in rotazione influenza in modo ancora più significativo la dinamica di guida. La frase molto spesso abusata del lavoro svolto, per limare il peso delle masse non sospese è dovuta proprio a questi fenomeni fisici. 

Kevin Cameron nel suo articolo su Cycleworld, riporta un interessante punto di vista espresso qualche anno fa dall’ ingegnere Filippo Preziosi. Il ‘padre’ della Ducati Desmosedici che permise a Casey Stoner di vincere il titolo mondiale nel 2007, dichiarò che sono le parti fondamentali della moto a dettare le scelte dei progettisti. In base al tipo di applicazione della moto, è la lunghezza del passo a definire la posizione delle ruote. Così come l’esigenza di raggiungere elevati angoli piega (superiori a 60° nelle odierne MotoGP) costringe a posizionare il motore sufficientemente in alto per evitare ad ogni curva il contatto della moto dell’asfalto. Per essere più espliciti le testate sporgenti di un boxer di grossa cilindrata, montato in basso, verrebbero limate sull’asfalto ad ogni piega. Questa architettura propulsiva, che mal si addice all’utilizzo in pista, ha però trovato la sua vincente applicazione in ambito stradale regalando un ottimo feeling di guida. 

Oltre ai componenti fondamentali della moto ci sono però altri dettagli su cui poter intervenire. Uno di questi è l’impianto di scarico che negli ultimi anni è diventato sempre più voluminoso per rispettare le restrittive norme anti-inquinamento. Ad inizi anni 2000 molte moto avevano lo scarico in alto sotto il codone. Attualmente questa soluzione sembra essere quasi del tutto abbandonata, cercando di posizionare tutto il sistema nella parte bassa della moto per la centralizzazione delle masse. Su moto di serie, seppur sportive, sembra che la scelta dello scarico in alto fosse dettata principalmente da esigenze estetiche.
Un’ applicazione racing del posizionamento in alto delle masse ci fa venire in mente la ‘salad box’ Ducati. Il suo scopo, massa inerziale per limitare le oscillazioni o semplice necessità di spostamento del carico sul retrotreno, non è stato mai ufficialmente chiarito. Però dimostra che le scelte non sono univoche e che occorre comparare pregi e difetti delle stesse. Un peggioramento della centralizzazione delle masse può essere favorevolmente compensato da un aggravio di peso al retrotreno per riuscire ad esempio a sfruttare maggiormente le caratteristiche dello pneumatico posteriore o a mitigare un comportamento indesiderato della ciclistica.

Kevin aggiunge che “gli esperti inglesi credevano che un baricentro basso offrisse una migliore maneggevolezza, ma le moto sportive di oggi hanno tutte un baricentro abbastanza alto. Quando si inclina la moto per affrontare una curva, la moto non ruota attorno alle impronte dei pneumatici (ndr, ossia all’asse che congiunge i due punti di contatto con l’asfalto). Sta ruotando intorno al proprio centro di massa”.
 Questo aspetto evidenzia come sia di difficile valutazione la dinamica di una moto, e che in alcuni frangenti i suoi moti di beccheggio, rollio e imbardata possano essere più simili a quelli di un velivolo piuttosto che di una autovettura.

Secondo quando teorizzato da Vittore Cossalter - motociclista, ingegnere, professore ordinario di meccanica applicata nonché uno dei massimi conoscitori della dinamica del motociclo – il modo in cui la moto si inclina in curva dipende da svariati fattori come velocità, massa, quote ciclistiche e sezione degli pneumatici. Ovviamente dipende anche dalla posizione del baricentro. La maggior o minor stabilità di una moto viene espressa in funzione di una costante di tempo. Più la moto è instabile, più la costante di tempo e piccola e più la moto è svelta a scendere in piega. L’instabilità, che in genere viene vista con accezione negativa, è invece da ricercarsi in applicazioni corsaiole. La maggior difficoltà nella gestione del mezzo deve essere opportunamente contrastata dal pilota. 

Mettendo in relazione l’altezza del baricentro con la distribuzione della massa si ottiene che, rispetto alla costante di tempo, la condizione ideale si ha con tutta la massa concentrata nel baricentro. Più interessante notare come per una definita distribuzione delle masse (e quindi per un determinato momento d’inerzia della moto) la costante di tempo diminuisca all’aumentare dell’altezza del baricentro. Raggiunto il valore minimo, la costante di tempo aumenta nuovamente. In altri termini la moto è più svelta a scendere in piega alzando il baricentro fino ad un determinato punto. Alzando il baricentro oltre tale punto, la moto inizia a diventare più stabile e quindi meno rapida.

Fonti:
https://www.lancaster.ac.uk/staff/schomeru/lecturenotes/Quantum%20Mechanics/S15.html
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/amom.html
http://www.akrapovic.it/
nuclearpower.net

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