Aerodinamica dello sport: la tecnica dell’anello di fuoco

L’arrivo dell’estate e l’allentamento delle misure di sicurezza relative al Coronavirus possono sicuramente spingerci a riscoprire gli sport all’aria aperta. Il modo più scontato di farlo è quello di inforcare una bicicletta o infilarsi un paio di scarpe da corsa e partire per un giro di svariati chilometri; ma perché limitarci a cose così comuni? Perché non esaminare l’aerodinamica che c’è dietro lo sport?

Aerodinamica applicata allo sport: Il caso del ciclista

In tutti gli sport di velocità, l’aerodinamica gioca un ruolo fondamentale. Considerando un ciclista, a velocità superiori a 15 km/h, la resistenza aerodinamica supera la resistenza al rotolamento delle ruote, la forza peso e l’attrito interno ai cuscinetti delle ruote; quella aerodinamica diventa, così, la forma di resistenza predominante, tanto che per vincerla viene impiegato più del 90% della potenza che il ciclista esercita per muoversi.

Per ottimizzare l’aerodinamica, è importante studiare sia la struttura della bici che la postura e l’equipaggiamento del ciclista. Per le gare a squadre, è fondamentale anche lo studio del comportamento di più bici in scia; infatti, ottimizzare l’aerodinamica di ogni singolo ciclista non porta direttamente a ottimizzare quella totale del gruppo di bici. La distanza tra le bici nella direzione del moto e quella in direzione trasversale e la stazza dei ciclisti influiscono sulle prestazioni aerodinamiche; come se ciò non bastasse, una volta stabilita la configurazione ottimale, bisogna valutare la reale capacità degli atleti di mantenerla durante la gara.

Tipicamente, per lo studio aerodinamico si ricorre sia a sperimentazioni in galleria del vento che a simulazioni computazionali. A partire dal 2017, è stata introdotta anche una terza tecnica (https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00348-017-2331-0.pdf), che permette simulazioni particolarmente realistiche, soprattutto nel caso di gruppi di bici.

La tecnica dell’anello di fuoco

Ring of Fire (RoF) è il nome della tecnica innovativa che permette di effettuare misurazioni in situ sul ciclista reale: questa modalità è adatta anche a gruppi di ciclisti e permette di valutare l’aerodinamica di un gruppo, al netto delle capacità degli atleti di mantenere le posizioni ottimali. Le condizioni di misura sono più realistiche rispetto alle sperimentazioni in galleria del vento dove i modelli sono in scala e stazionari.

Con l’anello di fuoco, il sistema di misura si basa sulla Particle Image Velocimetry (PIV) tradizionalmente applicata alle sperimentazioni in galleria. La PIV consiste nell’introdurre nel flusso da analizzare delle particelle traccianti, illuminarle con un laser e fotografarle a istanti di tempo ravvicinati da opportune angolazioni. Elaborando le immagini con algoritmi di cross-correlazione, si ricava la distribuzione della velocità nel campo di moto. Il nome Ring of Fire deriva dal fatto che il ciclista deve attraversare una zona di luce molto intensa.

Superati i primi test su casi semplici, l’anello di fuoco è stato impiegato indoor e outdoor con ciclisti agonisti. Una sperimentazione dell’Università di DELFT al Tom Dumoulin bike park di Sittard-Geleen (Paesi Bassi) ha mostrato alcuni risultati raggiunti su un gruppo di 6 ciclisti (https://www.mdpi.com/2504-3900/49/1/113). Oltre a una serie di test individuali, gli atleti sono passati nell’anello di fuoco in gruppo, cambiando nei vari passaggi il loro ordine nella fila.

È stato montato un tunnel di 8x5x3 m³ per confinare le particelle traccianti nella zona ripresa dalle fotocamere. Solo quando i ciclisti si avvicinavano a 100 m dal tunnel, l’entrata e l’uscita venivano aperte e iniziava l’acquisizione dei dati. In questo modo, si è registrata l’evoluzione del campo di moto nel tempo a partire dal fluido in stato di quiete. Come particelle traccianti sono state impiegate bolle di sapone sub-millimetriche riempite di elio (HFSB).

Avete apprezzato questa aerodinamica applicata allo sport? Allora continuiamo la linea nerd: leggete questo articolo su come guidare un rover.

A cura di Luisa Di Monaco.