Questa è solo una delle forze, tuttavia, che influenzano il telaio. Spesso vengono trascurate altre forze, tra cui la forza centrifuga sperimentata in curva, la reazione del telaio alle asperità della strada e gli effetti di altre irregolarità della strada.

Gli ingegneri che progettano biciclette devono considerare tutti questi elementi per creare non solo un telaio con un'adeguata capacità di assorbimento degli urti, ma anche con una rigidità sufficiente, mantenendo al contempo la bici nel complesso il più leggera possibile.

Di conseguenza, quando si parla di rigidità del telaio, dobbiamo considerarla in diverse sfaccettature del telaio. Esaminando attentamente questo valore su diverse aree dell'immagine, si scoprirà quanto sia affascinante.

Detto in altri termini, raggiungere la migliore rigidità potenziale non è difficile. È solo questione di aggiungere altro materiale, in particolare se la resistenza alla trazione del materiale di base è elevata, producendo quindi una costruzione più forte. Oltre al contenuto, anche la sezione trasversale del tubo è piuttosto importante. C'è più rigidità quanto più grande è la sezione trasversale. Il compromesso, però, è un certo aumento di peso.

Inoltre, è piuttosto cruciale la configurazione della fibra di carbonio. Il metodo principale odierno dipende dal cambiamento della disposizione delle fibre unidirezionali. Le fibre unidirezionali hanno la caratteristica di una grande rigidità nella direzione delle fibre ma una rigidità molto bassa perpendicolarmente a quella direzione. Ciò consente agli ingegneri di creare diverse parti del telaio a seconda della posizione di ogni foglio di fibra per adattarsi a scopi particolari.

Il perfect matching richiede calcoli piuttosto sofisticati. Fortunatamente, per completare questo lavoro, gli ingegneri del XXI secolo si affidano principalmente al software Finite Element Analysis (FEA) su computer ad alte prestazioni. Gli ingegneri possono creare centinaia di frame virtuali e replicare le loro reazioni a diverse sollecitazioni applicate con questo programma.

Il design del telaio mira a raggiungere l'equilibrio e ad aggiungere rigidità solo se necessario. Definiamo numerose varietà di rigidità nel telaio della bicicletta per fare questo.

Pedalata rigida: rigidità laterale

Innanzitutto, una delle misure più spesso utilizzate è la rigidità laterale, che i produttori testano nei loro laboratori applicando pesi sul movimento centrale per replicare la forza con cui si pedala. Per lo più, questa rigidità misura il grado di distorsione nell'area del movimento centrale a ogni pedalata. È affascinante che una maggiore rigidità laterale sia sempre auspicabile, poiché la riduzione del movimento laterale consente alla forza vettoriale che creiamo di essere inviata il più efficacemente possibile alla ruota posteriore.

Anche il triangolo posteriore deve essere sufficientemente rigido da impedire la deformazione quando la catena sposta la forza verso la parte posteriore.

Come tester di bici, questa è la metrica che vogliamo misurare per valutare la capacità di accelerazione rapida di una bici. Gli scalatori e gli sprinter, che hanno bisogno di una bici per sostenere la massima potenza in uscita durante un attacco o durante uno sprint di gruppo, dipendono in particolar modo da questa capacità. Ma la maggior parte dei telai sul mercato ha un'efficienza di pedalata molto buona a velocità di crociera poiché la produzione di potenza è più costante e non varia molto da quella che noi, normali appassionati, possiamo ottenere.

I produttori si sono concentrati sull'adozione di movimenti centrali più grandi e guarniture da 30 mm per raggiungere un'elevata rigidità laterale nell'area del movimento centrale. Sebbene non sia esagerato per evitare di compromettere la compatibilità della ruota posteriore, il triangolo posteriore è anche solitamente piuttosto robusto, soprattutto sui lati. I design asimmetrici abbondano sia nel triangolo posteriore che nel movimento centrale per bilanciare le risposte alle diverse sollecitazioni applicate sul lato di guida e sul lato opposto. Inoltre, per massimizzare il più possibile questo impatto vengono impiegati vari strati di fibra di carbonio.

Maneggevolezza precisa: rigidità torsionale

La rigidità torsionale è un fattore più critico ma raramente menzionato. Specifica il grado di torsione del telaio sotto vari carichi. In particolare in curva, questa torsione può avere un effetto importante sull'allineamento della ruota anteriore a quella posteriore, influenzando quindi la maneggevolezza della bici.

La bici genera una forza centrifuga che solitamente ci spinge fuori dalla linea applicando una forza centripeta verso l'interno della curva durante le curve ad alta velocità. Le variazioni strutturali tra la forcella anteriore e il triangolo posteriore fanno sì che le forze che agiscono sulle ruote anteriore e posteriore non siano perfettamente allineate, con conseguente piccolo disallineamento delle ruote lungo il percorso.

Per i ciclisti, potremmo definirlo una maneggevolezza imprecisa. È simile al tentativo di tracciare una linea con un pennello attraverso una curva; il feedback della moto non è così netto come si vorrebbe. Al contrario, una moto che si comporta bene in questo criterio non solo rende facile tracciare le curve, ma anche con una semplice azione la moto può essere guidata verso l'apice della curva. La moto tornerà progressivamente su una linea retta con un movimento abbastanza fluido e progressivo dopo aver superato l'apice. Inoltre, più rapida sarà la reazione ai bruschi cambi di direzione attraverso la curva. L'intera sensazione di curva diventa leggera e diretta, libera dalla lentezza avvertita con moto con una rigidità debole.

Solitamente utilizzando tubi di sterzo di diametro maggiore e rinforzando la forcella, i produttori aiutano a impedire che il telaio si torca facilmente. In realtà, la dimensione dei cuscinetti della serie sterzo è gradualmente cambiata nel tempo dai tradizionali cuscinetti da 1 pollice ai cuscinetti da 1.5 pollici ora tipicamente visti nella serie sterzo inferiore. Poiché fornisce il supporto primario per la costruzione del telaio, il tubo obliquo della bici solitamente ha anche la sezione trasversale più ampia.

Tuttavia, si dovrebbe anche tenere conto di un altro elemento. La rigidità torsionale e la rigidità laterale devono essere bilanciate per garantire che il telaio funzioni al meglio, senza compromessi. D'altro canto, una rigidità laterale troppo elevata sia sull'asse anteriore che su quello posteriore può rendere la bici difficile da guidare quando le condizioni stradali non sono ottimali, poiché produce un rimbalzo dopo ogni impatto con il terreno. Quindi, si dovrebbe riflettere molto di più di questi elementi.

Guida fluida: rigidità verticale

Mentre l'obiettivo nei punti precedenti è quello di raggiungere la massima rigidità possibile, sul piano verticale l'approccio è esattamente l'opposto: deve esserci una certa rigidità per evitare l'effetto rimbalzo, ma allo stesso tempo deve esserci una capacità di deformazione sufficiente ad assorbire le irregolarità della strada.

Questa è una metrica particolarmente difficile da regolare, poiché è determinata dal peso del ciclista e il design della bici deve considerare un ampio spettro di tipologie di ciclisti. Naturalmente, l'analisi dei big data sui ciclisti ci aiuta a prevedere il tipo di corpo tipico dei ciclisti che utilizzano una determinata taglia, consentendo quindi agli ingegneri di modificare questo valore in modo più preciso.

In generale, la rigidità verticale è molto influenzata dalla sezione trasversale dei tubi del telaio e dalla configurazione del lay-up in fibra di carbonio, così come la rigidità laterale. L'obiettivo è ottimizzare la rigidità verticale in modo tale che, senza sacrificare la rigidità laterale, si ottenga un perfetto equilibrio tra assorbimento degli urti ed efficienza del trasferimento di potenza.

Le forme aerodinamiche dei tubi migliorano la sezione trasversale verticale del tubo, influenzando quindi la rigidità verticale e quindi l'aerodinamica. D'altro canto, la sezione trasversale orizzontale più piccola influenza la rigidità laterale, producendo quindi un effetto opposto a quello a cui il telaio aspira.

Di solito, la risposta a questa difficoltà è quella di allargare l'area trasversale orizzontale del tubo e impiegare forme di tubi di ali di coda virtuali. Questo influenza le prestazioni aerodinamiche e anche il peso, però.

Cosa succede se la bici è troppo rigida o troppo morbida?

Come abbiamo detto, è piuttosto facile costruire una bici piuttosto rigida utilizzando materiali moderni se la rigidità assoluta è la considerazione più cruciale. Ma pochissimi di noi possono guidare una bici del genere per più di un'ora, non solo perché le forze di manovrabilità iper-reattive ci costringono a rimanere costantemente tesi, ma anche perché le superfici stradali mutevoli faranno rapidamente tremare le nostre braccia e la nostra schiena.

In realtà, in passato abbiamo avuto motociclette come queste. Sebbene potessero sembrare fantastiche alla prima pedalata, soprattutto in accelerazione, capivi presto che queste moto erano inutili nel mondo reale. Causavano più danni che benefici nel tempo e a ogni curva in discesa, anche con la nostra grande sicurezza in curva, ci davano un feedback minimo positivo. Molti di noi ricordano senza dubbio le moto da corsa completamente in alluminio che hanno dominato i primi anni 2000, le vere "due ruote e un bastone, nient'altro, vai e basta".

L'altro estremo sarebbe quello che abbiamo soprannominato "bici di cotone". Questo tipo di bici sembra sprecare più della metà del tuo lavoro, dato che devi costantemente produrre grandi quantità di potenza solo per mantenere la velocità di crociera. Per non parlare del fatto che la risposta è lenta come quella di una persona anziana quando provi ad accelerare.

Queste moto possono scatenare sogni riguardanti le linee di curva. I motociclisti su moto da strada con telaio in acciaio di fascia media avranno senza dubbio familiarità con ciò che intendo. Sebbene possiamo definire queste motociclette "elegantemente progettate con un tocco di lusso", coloro che conoscono la vera storia sanno il contrario.

Sulla base della conversazione precedente, possiamo generalmente dire che, nella maggior parte delle circostanze, una maggiore rigidità è chiaramente auspicabile; tuttavia, test approfonditi su ogni lato del telaio sono assolutamente necessari per raggiungere finalmente un equilibrio perfetto in tutti i criteri. Fondamentalmente, la rigidità generale dei telai è ovviamente cambiata nel corso degli anni. Mentre su un modello di circa dieci anni fa, potresti dover lavorare molto di più; sulle versioni più recenti, potresti dover applicare solo qualche colpo di pedale. Questa analogia ti aiuta a valutare naturalmente l'evoluzione della conoscenza della progettazione del telaio, la diversità degli strumenti di progettazione e la grande influenza degli sviluppi dei materiali sulle prestazioni della bici.