Ecco, lo sapevo. Abbiamo appena cominciato a parlare di sospensioni e le gomme si son riaffacciate con le loro deformazioni e con tutto quello che ne deriva. Ho provato ad evitarlo, ma non ce l’ho fatta: chiedo scusa ma dovrete sorbirvi sto polpettone su come è fatta e come funziona una gomma. Iniziamo.

La gomma ha principalmente una carcassa e un battistrada. Posto che il battistrada può essere realizzato con mescole differenti e differenziate, converrà per prima cosa rivolgere la nostra attenzione alla carcassa in quanto sede di importantissimi fenomeni che condizionano il comportamento di tutta la moto.

In prima approssimazione la carcassa è formata da un insieme di fili metallici, di rayon, di kevlar annegati in una pasta di gomma e disposti in una serie di strati successivi con un preciso orientamento. Diametro dei fili, densità dei fili, numero di strati e orientamento determinano la rigidità della carcassa e la sua capacità di trasformare in calore le sollecitazioni dovute alla trazione o alle asperità del fondo stradale.

Dobbiamo pensare alla gomma come a un sistema progettato proprio per questo, partendo da una semplice considerazione: in una motocicletta, una volta raggiunto l’equilibrio tra potenza immessa e potenza dissipata – e cioè quando la moto è al massimo della sua velocità e il suo moto non è più accelerato – i cavalli che arrivano alla catena vengono dissipati per circa l’ottanta per cento dalla resistenza aerodinamica e per il restante venti per cento dalle gomme (nelle condizioni descritte, quasi tutto sulla posteriore che infatti è ben più grossa dell’anteriore).

Significa che su 250 cavalli, una cinquantina vengono assorbiti dalle gomme e trasformati in calore nella carcassa: ora, per i più distratti, ricordiamo che 50 cavalli in calore equivalgono a una stufa elettrica da 40KW. Credo che tutti abbiano esperienza delle stufette casalinghe da 2 o 3 KW, no? Ecco, dentro la carcassa viene prodotto calore in quantità venti volte maggiore: ed è di gomma, mica in tungsteno… E’ proprio questo il calore che scalderà la mescola e contemporaneamente determinerà le caratteristiche di elasticità della carcassa, in quanto la gomma è un materiale la cui rigidità dipende dalla temperatura. Entriamo nei dettagli.

Per chi se lo fosse perso, riporto qui l’esempio del fazzoletto: se proviamo a estendere un comune fazzoletto tirandolo per gli angoli di uno stesso lato, cioè esercitando trazione nello stesso verso dei fili della sua trama, notiamo che si allungherà pochissimo, mentre se lo tiriamo secondo la diagonale riusciremo ad allungarlo molto di più. Questo succede perché l’allungamento sulla diagonale avviene non con la trazione sulle singole fibre ma con la distorsione dell’angolo di 90° fra la trama e l’ordito. Questo è più o meno lo stesso meccanismo che viene usato per disporre le tele sulla carcassa, con una differenza importante però: lo spazio tra i fili è riempito di gomma.

E qui mi tocca fare una piccola digressione. Sapete benissimo che in qualsiasi sospensione esiste una molla che si occupa di immagazzinare sotto forma di energia potenziale la sollecitazione esterna e un ammortizzatore che si occupa di trasformare in calore il ritorno della molla. Senza ammortizzatore la molla si metterebbe a oscillare liberamente intorno al suo punto di equilibrio. Tutte le automobili hanno le loro molle e i loro bravi ammortizzatori. Anzi, quasi tutte. In passato ci fu un’automobile che risolveva diversamente il problema sospensioni, in modo brillante ed efficacissimo: e naturalmente non poteva che essere un’automobile inglese, proprio come la miglior scuola telaistica europea. Vinse contro tutte le previsioni il Rally di Montecarlo davanti a fior di Porsche lasciando tutti con un palmo di naso: era la Mini Cooper, e non aveva né molle né ammortizzatori. Il suo telaio, disegnato con la filosofia dei kart, aveva i bracci delle sospensioni collegati a dei semplici blocchi di gomma dura e sfruttava una particolare caratteristica di questo materiale: torna alla forma originale come una molla ma non oscilla perché smaltisce nella sua struttura interna la maggior parte di ciò che immagazzina con la compressione. Tenete ben presente questa caratteristica della gomma, è fondamentale per tutto il discorso.

Allora: se noi prendiamo dei fili metallici e li incrociamo facendone una rete (un fazzoletto di metallo, insomma) riusciremo facilmente a deformarla tirando sulla diagonale, ma resterà deformata. Ma se noi anneghiamo i fili in una matrice di gomma, la gomma farà contemporaneamente da molla e da ammortizzatore – come la Mini – facendo tornare la rete alla forma originaria una volta cessata la sollecitazione, ma senza che questo determini alcuna oscillazione. La gomma smaltisce all’interno della sua struttura l’energia cinetica di andata e di ritorno, trasformandola in calore. E questo calore porta lo pneumatico alla temperatura voluta, quella cioè che da una parte massimizza l’aderenza della mescola del battistrada e dall’altra conferisce alla carcassa la rigidità/morbidezza voluta (a freddo la gomma in quanto materiale si comporta in modo legnoso e poco flessibile, ed ecco perché bisogna portare in temperatura non solo il battistrada ma anche tutta la carcassa).

La potenza meccanica trasformata in calore dagli pneumatici di una motoGP è dell’ordine appunto dei 40KW, e al rientro ai box i meccanici adoperano guanti isolanti per poterli toccare, non certo per non sporcarsi troppo.

La carcassa degli pneumatici è in definitiva un sistema integrato di molla e ammortizzatore estremamente sofisticato, ed entra pesantemente in gioco nella sua interazione con le sospensioni della nostra motocicletta.

Ma non è finita. Nel giochetto entra in ballo, a complicarci la vita (scherzo, eh… più elementi avremo, più parametri potremo variare, e meglio potremo adattare la gomma alle nostre esigenze), anche l’aria contenuta nello pneumatico (ok, è azoto, non è aria. Se proprio ci tenete, a richiesta spiegherò il motivo. Ma pensateci bene prima di chieder qualcosa: potrebbe anche avverarsi, e non so se vi conviene 😉 ). Dicevamo dell’aria, e cominciamo con un semplice esempio: smontate la ruota anteriore della vostra bicicletta, sollevatela a un metro da terra e lasciatela cadere. Rimbalza. Se lo fate con la ruota della motocicletta, rimbalza assai meno.

Cosa sta succedendo? Sta succedendo che l’aria contenuta nella gomma sta immagazzinando una parte della sollecitazione, e ce la sta restituendo in modo non smorzato: l’aria infatti si comporta come una molla non smorzata in un sistema che, per la rapidità del fenomeno (l’urto con rimbalzo), possiamo considerare adiabatico, ovvero senza significativi scambi di calore.

Mi spiego meglio: tutti sanno che comprimendola con una comune pompa da bici l’aria si scalda (e parimenti si raffredda se la facciamo espandere, come il gas nei frigoriferi), ma se la compressione e la successiva riestensione avvengono in una frazione di secondo non c’è il tempo materiale perché avvenga lo scambio termico tra l’aria e il materiale circostante. Nel rimbalzo l’aria si comporta da molla. Ora, nella bici abbiamo una carcassa leggerissima e la maggior parte della sollecitazione è contrastata dall’aria interna, mentre nella moto la percentuale di sollecitazione immagazzinata dall’aria è minore, e molta parte viene immagazzinata nella deformazione della carcassa: che siccome si comporta come il nostro fazzoletto di acciaio e gomma, è capace di tornare alla forma originale smaltendo come calore la quota di sollecitazione da essa immagazzinata.

Immaginiamo un pallone da calcio: cuoio, camera d’aria, etc.. Se noi lo realizziamo con uno spessore molto più elevato, manterrà la sua forma anche se lo gonfiamo pochissimo ma rimbalzerà malissimo. Abbiamo assegnato l’intera funzione di sostegno strutturale al cuoio anziché all’aria, e il cuoio non ha una risposta elastica. Se invece è più sottile, dovremo gonfiarlo di più per fargli mantenere la propria forma: stiamo cioè delegando la funzione di sostegno meccanico della struttura (la molla) all’aria contenuta, e l’aria non si comporta come le molecole della gomma. Al suo interno non dissipa nulla, e si comporta come una molla non ammortizzata.

Si capisce bene a questo punto che la carcassa, oltre ad essere fondamentale come profilo  per le ragioni spiegate altrove, è fondamentale anche nella struttura in quanto svolge compiti delicatissimi:

Come ultima cosa, la disposizione delle tele sulla fascia di cintura influisce sulla deformabilità del battistrada, che quindi sotto trazione determina quello slittamento apparente necessario a far capire al pilota che il limite di aderenza si sta avvicinando. Questo aspetto verrà trattato nelle parti successive (credevate di cavarvela con un solo pezzo, vero? 😛 ), ma chi vuole cimentarsi può già adesso provare a rispondere alla domanda “un radiale coi fili della cintura disposti a zero gradi – ovvero orientati nel senso di marcia – come si comporta sulla guida? Mi avvertirà prima del limite o tenderà a perdere aderenza di colpo senza preavviso? E perché?”

Da rileggere con calma e senza bere birra vicino! Immenso lavoro Federico! grazie per i tuoi articoli.

Ah le gomme e poi gli amici ancora si domandano perché ogni volta che le devo cambiare sembra la gestazione di un figlio!

40Kw? Ma che razza di temperature raggiungono? Fossero trasformabili in corrente elettrica ci alimenteresti 7case!

Da ignorante pensavo che la temperatura dipendesse solo dall’attrito radente. A questo punto il circolo vizioso riparte: quando si sentono i piloti dire che non riescono a mandare in temperatura, farle lavorare, e che agiscono sui settings. Bisogna tornare all’articolo precedente su molle e masse?

Quoto Jigen75… come tutti gli articoli tecnici di GM da leggere più volte con molta calma…

Federico il rapporto 1/4 tra potenza assorbita dall’aerodinamica e quella dall’isteresi delle gomme come è stato ottenuto? Provo a circostanziare meglio la domanda. Una motogp arriva ad erogare 250 CV di potenza massima. Ma la potenza massima la eroga solo per pochi istanti e neanche in modo costante in quanto credo che praticamente su nessuna pista da mondiale una motogp raggiunga la sua velocità massima. Potrebbe farlo in una pista tipo Nardò o sui laghi salati americani. Quindi come si fa a fare un bilancio energetico? Sono dati desunti da situazioni similari o ci sono dei rilevamenti? In pista la potenza media erogata si può anche misura con un sensore di coppia che venga integrato per tutta la durata del circuito in funzione del numero di giri istante per istante e del tempo, ma la resistenza aerodinamica come si misura? Si mette la moto e in pilota in una galleria del vento e gli si fa assumere le posizioni che occupano istante per istante in un giro completo variando al tempo stesso la velocità del vento come se stessero effettivamente girando? Sono arrivato a queste domande riflettendo che effettivamente avere una stufa da 35-40 kW sotto il sedere è una cosa preoccupante, visto che dentro la stufa c’è la gomma nuova nuova da 4-500 €! 🙂

Poi mi viene da pensare che stante un rendimento medio del motore attorno al 20% (sono lontano dalla realtà?), con la benzina bruciata si potrebbe alimentare una stufa da 6-700 kW!

PS In merito al tuo quesito, visto che nessuno lo accoglie provo a buttarla là io: la gomma radiale è più stabile dimensionalmente quindi oltre a scaldare più lentamente dovrebbe essere più uniforme e graduale e non fare tante sorprese. Questo sembrerebbe confermato dalle mie esperienze con Benellino di mia madre 30 anni fa dove ho lasciato i segni delle pedane che strisciavano in terra (assieme a manubrio, sella, forcella etc) in tutte le vie del paesello e in ogni incrocio. Però in questi campi spesso la realtà si rivela antintuitiva per cui o ne conosci le leggi esatte o sennò è meglio che stai zitto per evitare brutte figure 🙂

Piccola precisazione… le caldaie casalinghe a GAS sono in grado di offriere in media 35Kw (termici)

Bello cmq l’articolo! Bravo!

MW non capisco il nesso fra velocità massima e i cavalli erogabili dal motore. I cavalli non dipendono solamente dal numero di giri del motore x la coppia motrice diviso una costante? Ok che in curva non stai al numero massimo di giri e comunque l’elettronica ti taglia, ma in rettilineo li scarichi tutti (penso). Sul discorso CX penso che oramai i modelli di simulazione fluidodinamica siano abbastanza affidabili e le case ufficiali hanno a disposizione anche le gallerie del vento (se non ricordo male lo stesso Sic andò in Giappone per risolvere il problema della Honda che essendo fattaper Pedrosa a lui risultava troppo piccola)

PS Non riesco ancora a crederci 40Kw!!! Ora capisco quando i piloti scherzando dicono che a toccarle (fredde) sembrano di marmo. Devono esserlo per poter riuscire a lavorare a quelle temperature.

Per il problema proposto da Federico, nemmeno ci provo, non ho manco capito la domanda 🙁

THE VOX il mio bruciatore per incollare i rolli di materiale speciale anti pioggia sui tetti spara 54kw … altro che caldaia a gas per riscaldamento 😆

The vox ha ragione, mi sembrava di ricordare che il limite per dover presentare il progetto (che per il domestico “normale” non serve) fosse 24-25kW, invece è 50.

Jigen belle domande 🙂 un bilancio termico si fa in regime stazionario. Nel rettilineo parte della potenza viene dissipata a spostate aria e a scaldare gomme, ma quella che “avanza” si usa per accelerare!! 🙂 L’energia chimica della benzina si trasforma in termica nella camera di combustione e poi in meccanica (compresa quella cinetica, che è quella che serve). Poil’energia meccanica si ritrasforma in calore spostando aria, scaldando gomme (di nuovo aria e asfalto) e frenando (dischi e di nuovo aria). In pratica si brucia benzina per scaldare l’aria. 🙂 Per l’aerodinamica, se mi trovi un computer con un software talmente potente che riesce a calcolare il totale dell’energia assorbita per vincere la resistenza aerodinamica da pilota più moto in posizioni e velocità continuamente ed estremamente variabili in un giro di pista, ti pago una birra! 🙂 Forse in F1 ci vanno vicini ma li le macchine rollano, beccheggiano e imbardano molto poco e il pilota è obbligato a stare fermo sennò falsa tutto 🙂

ASEB… hai un bel bruciatore… 😉 Forse Federico intendeva le stufette elettriche, quelle che usano le signore in bagno, quelle si che sono da 2Kw. Una caldaia no…

MWINANI ci sono diversi tipi di limiti, quello “Progettuale” per una abitazione privata, mi pare sia proprio 35Kw termici al bruciatore.

Cmq chiudiamo la parentesi e parliamo di gomme…

Io alla domanda di Federico non ho le conoscenze per rispondere, lascio a voi!

MW so che in termini di rendimento i motori usano solo +/- un 30% (credo che un particolare modello Diesel di BMW arrivi a 38%, non so i motori da competizione) dell’energia prodotta dalla combustione per lo “spostamento” il resto se ne va in calore ed attriti (giusto?). Considera che ho nozioni talmente basilari da non poterle considerare nozioni, quindi ho avuto difficoltà a relazionare il concetto di velocità massima con quello della potenza massima.

Sul discorso del SW e HW, ovviamente non per uso domestico ma esistono. Ricordo un SW che analizzava (credo ci sia anche come plug-in per CATIA) con tutta calma i dati prodotti da un super-computer che faceva calcoli appunto di fluidodinamica applicatai ad un caccia. Il sw leggeve questi dati riproducendo un modello con scale di colore dal verde al rosso per indicare i fluidi e come questi agivano sull’aereo nelle varie situazioni.

PS attendo una conferma/smentita da ASEB o Federico o chia altro. Oh se ho ragione MW io la birra la voglio 😀

“ma chi vuole cimentarsi può già adesso provare a rispondere alla domanda “un radiale coi fili della cintura disposti a zero gradi – ovvero orientati nel senso di marcia – come si comporta sulla guida? Mi avvertirà prima del limite o tenderà a perdere aderenza di colpo senza preavviso? E perché?””

i fili a zero gradi hanno un gran freddo e di sicuro ti avvertono prima di finire congelati, pure loro ci tengono alla pellaccia.

il motore a scoppio in realta’ ha un rendimento maggiore come stufa che come “motore” pero’ in casa non si puo’ mettere perche’ fa troppo rumore e disturba i vicini.

MW bellissimo il discorso sull’aria calda !!!

JINGEN75 effettivamente si pensava alle stufette elettriche ed ne abbiamo messa una apposta nell’immagine …. mica una caldaia insomma va be lo spreco ma non volevamo esagerare !

Jigen quei rendimenti sono i massimi cui si può arrivare in regime di coppia massima e in condizioni stazionarie. Vnno bene se si usa un motore come generatore di corrente, quindi a regime fisso o sui motori delle grandi navi che viaggiano alla loro velocità di crociera e solo occasionalmente riducono la velocità Un comune motore di automobile o di moto è sempre in trasitorio. Il suo rendimento medio è più ragionevolmente compreso tra il 10% di un benzina e il 15% di un Diesel (il rendimento del diesel è più alto per via del rapporto di compressione più alto). Per il resto lo so anche io che esistono software fludodinamici capaci di fare grandi cose (si usano per progettare i flussi gassosi nelle camere di scoppio per esempio e anche in aeronautica, però un giro di pista col pilota che si muove come fa Stoner (o Elias, che nonostante non vada forte, adesso si muove, anche più di Stoner), credo che sia un problema alla portata forse solo della Nasa e non so con che accuratezza. Ovvio che una stima grossolana si può fare anche a occhio, ma credo che ci siano metodi più furbi 🙂

Aseb, qualunque cosa che facciamo alla fine è sempre aria che scaldiamo 🙂 Ho letto un libro sull’entropia da adolescente e sono rimasto segnato a vita!

MW non lo metto in dubbio, i tuoi post come quelli di altri utenti denotano una notevole preparazione. A differenza di certi blog, qui gli utenti danno notevole supporto costruttivo ed il tono con cui si comunica è sempre di amicizia. Io sono l’unico a zero e devo recuperare, a costo di fare domande stupide e dire castronerie, cerco di imparare. Però ci tenevo alla birra che cmq nel dubbio di perdere la scommessa mi sono procurato attingendo alla riserva ben nascosta nel frigo. Devo nascondere la birra da me stesso ahahahah

Tornano in tema, diamine in effetti non avevo mai riflettuto sul fatto che fossero valori di rendimento massimi in condizioni ottimali, cosi come non avevo mai preso in considerazione che parte dell’energia potesse e servisse a far funzionare le gomme! Ritenevo la temperatura dovuta solo all’attrito volente e radente. Ma a ben pensarci: l’energia non si crea e non si distrugge ma si trasforma. Che diventasse calore dissipato dagli ammortizzatori in frenata o calore per far funzionare le gomme…. Lo so è triste non saperle certe cose quando ci si definisce appassionati, ma le uniche fonti fino a qualche giorno fa erano quelle che ritenevano il carbonio brutto perché nero (rubo la frase ad Aseb 🙂 ). Ora sarò pure ignorante, ma a me i conti non tornavano, se una moto fa schifo ed ha un motore ingestibile come fa pur essendo una lumaca in curva ad avere le maggiori velocità di punta? Grazie a voi ho cominciato a capire un po’ meglio le cose.

jiGEN ho detto che non voglio rubare i meriti di altri ma la frase sul carbonio nero l’ho scritta io 🙂 Era una piccola provocazione a cui ancora né Aseb né Federico hanno abboccato. 😉

Comunque son rimasto fulminato dalla risposta di Jo sui fili a 0 gradi! 🙂 Per me il concorso lo vince lui!

(anche quella della stufa è forte, però se la stufa scalda addio 0 gradi!!)

Ahahah non so nemmeno più leggere! Dannata birra. Comunque questa volta Federico ha mandato in crisi tutti con quella domanda. Secondo me la risposta è 42 🙂

JINGE75 quanto mi dai se ti passo la risposta di nascosto … 😆

Corruzzione pura !!!!!!! no soldi he !!! opere di bene … birrette vanno benissimo anche se ti diro’ qui in Olanda la concorrenza e’ forte !!!

Ahah siamo alla corruzione! Si ma se poi Federico mi fa qualche domanda tipo quando il prof ti beccava che avevi copiato il compito in classe?

Ps a birra e pilu li siete messi bene! Posso inviarti una rara copia sulla fisica applicata edito da Beltramo e Bobbiese con il contributo tecnico anche per le illustrazioni by Cerego! È un’opera imprendibile 🙂 Dopo questa mi arriveranno le mail di notifica con lo sputazzo!

E no accipicchia se Federico ti fa altre domande non se preoccupe estendo l’aiuto !!!!! Mica mi avrai preso per un taccagno ?

Comunque consiglio di andare a leggere cosa dice l’Ing. Preziosi su gpone a proposito di Pinocchio 😆

Per chi non ne ha voglia riporto qui :

“il nostro è un sviluppo continuo della moto, forse Jeremy non se ne è accorto.”

Hahah mai sia! Allora direi che una selezione di birre Danesi e di artigianali Italiane possano andate 🙂

Vado a leggere subito gpone!

aseb mi togli una curiosità.

le gomme da bagnato di moto e auto sono piu strette di quelle da asciutto?

Samba46 no, sulle moto sono le stesse da asciutto intagliate. Le possono intagliare a mano con la macchinetta che fa le scanalature.

Samba questo quando avevano le intermedie, adesso che non le hanno piu’ usano una gomma da bagnato con una carcassa specifica (piu flessibile) per pioggia ma le dimensioni sono assolutamente identiche, sono fatte con una carcassa che consente di scaldarle di piu’ perche’ con la pioggia si raffredano di piu’ delle gomme da asciutto. Da un certo punto di vista sono parenti stretti delle nostre gomme ad alte prestazioni stradali , sono cugine … 😆

Samba se fossero di dimesioni diverse sarebbe un disatro per le regolazioni che a grandi linee si riducono a spostare la ruota posteriore piu’ indietro il che dipende dalla carcassa poi alzano la moto .. in linea generale …. ma dipende molto dal tipo di moto e dai centraggi.

tornando al discorso pneumatico, vedo che non siamo preparati…. hehehe, io per primo ovviamente.

cmq direi che il radiale e’ molto rigido radialmente (quindi sente poco i trasferimenti di carico in frenata e accelerazione permanendo una impronta a terra abbastanza costante) e piu’ morbido assialmente (quindi in piega assorbe meglio le sconnessioni dell’asfalto).

nel senso radiale (carico verticale quando la moto e’ diritta per intenderci) il filo sostiene al 100% il carico (lavora in trazione) e il pneumatico fatica a deformarsi (e’ un po’ come un cerchio da bicicletta in cui qui pero’ i raggi sono la pressione interna dell’aria)

mentre in piega la forza e’ assiale ed agisce tra la gomma che separa i vari fili ed essendo questa morbida il pneumatico si deforma bene.

vediamo cosa mi dice Federico… 🙂

aggiungo anche che il radiale puro sul dritto si scalda poco perche’ si deforma poco mentre si scalda meglio in curva.

Federico ma la soluzione al quesito proposto? Ho cercato a fine libro, ma ho trovato solo il tariffario di Aseb che diceva: Per la soluzione inviare 10 drappiste, pagamento anticipato! 😀

per tutti ho postato questo video slow motion su Capirex 2005/2006…se guardate bene si vedono sia la deformazione delle gomme che il movimento quasi “torsionale” della carena (fa venire i brividi!)…da quello che è possibile confrontare con i video odierni c’è grossa differenza nel “pompaggio” per così dire e nella linearità delle moto…

AndreaDesmo74: manca il link del video!

Tra l’altro l’altro ieri Valentino alla fine dei test ha detto che il nuovo forcellone sollecita di meno le gomme. Che vorrà dire, nel suo linguaggio?

MW credo sia solo un problema di “interfaccia”, di “linguaggio”. Un pilota vede le cose in un verso, un ing in un altro.

Mi spiego, quando un utente mi dice che il programma che gli ho fatto ha un bottone che non funziona, io guardo i log e vedo che è un problema di DataBase, ma per lui è il bottone che non funziona.

@jigen75, clicca sopra al nome utente, si dovrebbe aprire il link

ha ragione ALEF, basta cliccare sul mio nome utente per vedere il video…l’ho riguardato e mi sono rivenuti i brividi!!! si vede anche quanta trazione c’è sulla ruota posteriore e come controlla l’ammortizzatore il forcellone!

AndreaDesmo boja ladra che video!!! Grazie Alef!

tornando sulla discussione sono d’accordo con JO sul comportamento della gomma in percorrenza di curva. Per contro secondo me coi fili a 0 gradi la gomma potrebbe essere poco precisa in ingresso di curva (com’è che si dice nei forum, imho?”) 🙂