Perché le ruote più grandi rotolano più velocemente? Qual è la fisica che sta dietro a questo?

Almeno un record di velocità su bicicletta è detenuto da un ciclista su una bicicletta con ruote da 16.

Liner 1,2,3

Quindi l'assunto che "le ruote grandi rotolano più velocemente" non è necessariamente vero.

Soprattutto se si ha il lusso di guidare su una pista coperta di assi di legno lucidate, naturalmente.

La fisica che sta dietro a questo è l'"angolo di attacco" delle ruote sulle irregolarità della superficie di rotolamento, e la "variazione di quantità di moto" che ne risulta.

In effetti, quando una ruota che rotola su una superficie altrimenti piatta incontra un ostacolo, anche molto piccolo, è costretta a cambiare la sua direzione di marcia. Si verifica una "variazione di quantità di moto", che è tanto maggiore quanto maggiore è il cambiamento di direzione, anche se non c'è rallentamento. Il cambiamento di direzione è direttamente proporzionale all'angolo di attacco della ruota sull'ostacolo.

Geometricamente, assumendo che la ruota e il terreno siano perfettamente rigidi, la formula che dà l'angolo di attacco della ruota è:

angolo di attacco = arco cos (1 - h/R)

dove R = raggio della ruota e h = altezza dell'ostacolo

più grande è il raggio, più piccolo è il termine h/R per una data altezza di un ostacolo, e più piccolo è l'angolo di attacco, poiché il termine tra parentesi si avvicina a 1 e l'arco cos (1) = 0

La forza necessaria per superare questa variazione di quantità di moto è proporzionale alla variazione stessa, quindi, data una certa altezza dell'ostacolo, è maggiore quanto più piccole sono le ruote.

Se i ciclisti incontrano migliaia di irregolarità durante la loro corsa, chiaramente consumeranno più energia se pedalano su ruote piccole, che su ruote grandi.

Questo è il motivo per cui le ruote grandi praticamente non fanno differenza su terreni molto piani e regolari come un velodromo.

Ma sono particolarmente convenienti su terreni accidentati, tanto che qualcuno sta suggerendo di adottare ruote da 36 per le mountain bike