Le domande che si fa un ciclista durante le ore di allenamento sono varie:
- quanto è il carico applicato al pedale?
- come cambia il carico in funzione della frequenza di pedalata?
- forza e potenza sono la stessa cosa?
- se vado più duro faccio più watt?
watt = kg x rpm
Vediamo di chiarire i termini usati per analizzare i dati della pedalata.
potenza[watt] = forza[kg] x frequenza di pedalata[rpm].
La potenza espressa è data dalla forza applicata al pedale per il numero di pedalate al minuto. Per la precisione la forza dovrebbe essere espressa in newton, ma per semplicità parliamo di kilogrammi.
Più pedalo agile, meno forza devo applicare e inversamente se abbasso la frequenza devo spingere di più sui pedali per esprimere la stessa potenza.
Quindi è chiaro che dire che un ciclista “va su di potenza con il rapportone” è inesatto, in quando si confonde la potenza con la forza.
Se due ciclisti in salita vanno alla stessa velocità, a parità di peso corporeo, esprimono la stessa potenza, indipendentemente dalla frequenza di pedalata. Quello che va più agile userà meno forza dell’altro.
Diamo i numeri
Per mezzo degli strumenti di misurazione attualmente applicati alle biciclette possiamo avere i dati della potenza espressa [watt] e della frequenza di pedalata [rpm].
Da watt e rpm possiamo calcolare la forza applicata nel caso teorico di una spinta uniforme sui due arti per tutta la circonferenza descritta dai pedali.
Consideriamo come esempio una registrazione di 305 watt a 78 rpm con pedivelle 172, 5.
| Forza media calcolata dai dati registrati | |
| potenza espressa | 305 watt |
| cadenza | 78 rpm |
| lunghezza pedivelle | 172, 5 mm |
| forza media calcolata | 22 kg |
Nella realtà le forze applicate sono molto più variabili in quanto i due arti alternano fasi di spinta e di trazione.
Per chiarirci le idee ci viene in aiuto l’analisi della pedalata[vedi] del cicloergometro SRM.
Lo strumento rileva le forze applicate e traccia il grafico della pedalata.
In questo grafico possiamo vedere le variazioni di forza di una pedalata reale in confronto con il carico calcolato.
Forza media calcolata
Pedalata reale
Dal grafico vediamo che per un carico medio calcolato di 22 kg, nella realtà il carico varia da un minimo di ≈ 8 kg ad un massimo di ≈ 35 kg.
Pedalata con una gamba
Per capire come lavorano le due gambe durante la pedalata, abbiamo registrato il gesto eseguito con un solo arto per volta con gli stessi (±4) valori di watt e rpm.
La linea blu indica la forza media calcolata per i valori di watt e rpm.
Pedalata gamba sinistra.
Pedalata gamba destra.
Possiamo vedere la grande differenza di carico tra la fase di spinta e quella di trazione. Questo ovviamente deriva dalla differenza di forza che c’è tra muscoli estensori e muscoli flessori dell’arto inferiore.
La funzione propulsiva degli arti durante la pedalata quindi è svolta principalmente dai muscoli estensori, mentre i flessori partecipano in percentuale piuttosto bassa.
Anzi a volte l’arto che spinge viene frenato dall’arto controlaterale che non esegue la flessione in modo coordinato.
Pedalata rotonda o quadrata
A questo punto è chiaro che a parità di potenza espressa, la forza applicata sui pedali è diversa in base alla coordinazione degli arti inferiori.
Per confermare questo concetto, abbiamo sovrapposto i grafici di due pedalate eseguite con gli stessi valori di watt e rpm.
Forza media calcolata
Pedalata rotonda
Pedalata quadrata
Rispetto alla linea della forza calcolata, la pedalata “rotonda” si discosta di poco come valori minimi e massimi, estensori e flessori lavorano in sinergia.
La pedalata “quadrata” invece raggiunge picchi di forza maggiori e minimi inferiori con grande fluttuazione nell’applicazione della forza. L’azione muscolare è a carico quasi esclusivamente dei muscoli estensori. I flessori partecipano poco o niente alla pedalata.
L’azione coordinata di estensori e flessori permette di superare i punti morti della pedalata in modo più dinamico.
Inoltre diminuendo i picchi di forza si utilizzano maggiormente le fibre muscolari ossidative, più resistenti all’affaticamento.
Qui vediamo i valori della forza applicata a confronto.
| watt | 200 | |
| rpm | 80 | |
| pedivelle | 172, 5 | |
| Min kg | Max kg | |
| media calcolata | 14 | 14 |
| pedalata rotonda | 8 | 20 |
| pedalata quadrata | 3 | 28 |
Pedalata agile o dura
Per finire vediamo come cambia la forza applicata in funzione dalla frequenza di pedalata.
Nei due grafici sono sovrapposte le pedalate eseguite a 50, 80 e 100 rpm, rispettivamente a 200 watt e 300 watt costanti. Si vede chiaramente come all’aumentare della frequenza di pedalata, diminuiscano i picchi di forza applicata.
200 watt 50rpm
200 watt 80rpm
200 watt 100rpm
300 watt 50rpm
300 watt 80rpm
300 watt 100rpm
Nella tabella che riassume i dati dei due grafici, si nota come per aumentare da 200 a 300 watt, a 100 rpm è sufficiente aumentare la forza di 6 kg, mentre a 50 rpm è necessario un incremento di 17 kg.
| rpm | 50 | 80 | 100 |
| 200 watt | 41 kg | 23 kg | 17 kg |
| 300 watt | 58 kg | 34 kg | 23 kg |
| Incremento | +17 | +11 | +6 |
Conclusioni
- Nelle varie fasi della pedalata, la forza applicata rimane sempre su valori piuttosto bassi, quindi la forza non rappresenta un fattore limitante per la prestazione.
- Di fondamentale importanza è la coordinazione estensori-flessori. Per migliorare l’efficienza della pedalata bisogna porre l’attenzione sull’arto di “richiamo” in quanto può rappresentare un freno all’azione dell’estensore controlaterale.
- Mantenere alte frequenze di pedalata, soprattutto ad alti valori di potenza, per diminuire i picchi di forza applicati.
In un mondo di venditori di fumo con paroloni incomprensibili, riesci ad esprimere i concetti in una forma comprensibile non solo x gli addetti ai lavori.Sono orgoglioso di averti conosciuto.Chissa’ che non ci rincontriamo.
Forse il miglior articolo per orientarsi in merito in un mare di nuvole; solo una domanda :ma la Potenza non è Coppia x velocità angolare ? cioè F x lunghezza pedale x velocità angolare ?
Grazie
Andrea
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Grazie Francesco per il generoso commento!
La tua definizione di coppia è esatta, nell’articolo ho cercato di definire le due componenti a disposizione del ciclista per sviluppare potenza: Forza applicata e RPM (frequenza di pedalata).
Penso sia importante aver chiaro che all’aumento della frequenza di pedalata corrisponde una diminuzione della forza applicata, e viceversa.
Articolo molto interessante.
Fantastico ,,, grazie
Quando parto per un giro vado su bene agile a 100 105 rpm, al ritorno, stanco , devo sempre far ricorso a rapportoni e andare a 50-65 rpm per non farmi staccare…indi utilizzo la forza che c’è ma malissimo direi, come posso migliorare?
Penso dovresti fare degli allenamenti al medio e soglia mantenendo alte frequenze di pedalata. Non basta andare agile in scioltezza. Quando sei stanco e inizi a pedalare duro, hai i minuti contati.
grazie paolo quindi diciamo lunghissime tirate 95-105 pedalate nel range 80-92% della fc max
Esatto, quando fai qualità cerca di tenere alta le frequenza di pedalata
grazie, farò tesoro del consiglio.
Interesante ed ottimo articolo. L’allenamento è Scienza
Ciao!Articolo interessante!Vale proprio la pena lavorare sulla pedalata rotonda! Mi chiedo se le corone ovali aiutano veramente a migliorare la pedalata e ad avere meno “punti morti”
Le corone ovali dovrebbero aiutare a superare più dinamicamente i punti morti. Esistono molti studi con conclusioni diverse. Per il momento ho notato che l’uso ad alto livello è diminuito.
Alle medie ci hanno insegnato che per due punti passa una ed una sola retta. Questo concetto, trasferito nella pedalata significa che, con la corona ovale, i due punti morti ci sono ugualmente ma l’unica differenza è che sono anticipati o posticipati rispetto alla posizione cui si trovano nella corona tonda. Quindi il rendimento della corona ovale rispetto alla corona tonda non cambia.
Sto vedendo il giro e di corone ovalizzate non ne vedo nemmeno una!
Grande chiarezza
Molto interessante Paolo!
Ciao,
Ho un dubbio che mi attanaglia: qual’è la forza massima applicabile su un pedale?
A parer mio è la forza peso, non puoi imporre più del tuo peso;i miei amici arrivano quasi a insultare quando espongo questa tesi
Il tuo quesito è interessante. Il limite di forza massima applicabile al pedale dato dal peso corporeo può essere valido se vai senza mani, in quanto raggiunta la spinta uguale al peso corporeo, ti sollevi dalla sella.
La presa sul manubrio permette di aumentare di molto la forza applicata, vedi le partenze da fermo delle gare in pista o le volate con partenza da bassa velocità.
Comunque nella pedalata normale, i valori di carico sono nettamente inferiori a quelli del peso corporeo, in quanto entra in gioco la frequenza di pedalata secondo la relazione
watt espressi = rpm x kg applicati
buongiorno articolo scritto bene ed semplificato eccellentemente.
vorrei aggiungere una nota, sono passista ho 57 anni e andando da Lecco a Monza lungo la statale e provando rapporti leggeri con una velocità’ di 34 km/h con rapporto 50/16 mi stancavo in quanto avevo il fiato alto e non potevo dare di più, ciò evidentemente è dovuto alla frequenza di pedalata alta, cambiano in 50/12 la velocità saliva a 38 km/h e ne avevo ancora mi sono chiesto il perché visto che più’ o meno i watt medi sono simili poi riflettendovi sopra mi sembra che il motivo è questo che nella stessa unita’ di tempo compio un lavoro superiore alzando e abbassando la gamba di più nella stessa unita’ di tempo e anche il battito cardiaco essendo collegato alla frequenza di pedalata è superiore, da questo ne concludo che bisogna abituarsi a sentire il proprio corpo più che applicare concetti intellettuali che non tengono conto del tutto perché il tutto vale più della parte visto che la parte agisce in funzione del tutto. distinti saluti angelo
In effetti la frequenza di pedalata alta non è efficace di per se, ma dipende dalla potenza espressa e dal livello di allenamento.
Studi su ampi gruppi di ciclisti allenati hanno rilevato che la frequenza ideale per esprimere alti valori di potenza è tra le 80 e le 100rpm.
Questo per abbassare il fattore forza. Però parliamo di soggetti allenati a tenere frequenze elevate.
A valori medio bassi di potenza espressa, e senza una certa abitudine alle alte rpm, cercare di tenere
frequenze elevate è più dispendioso che tenere una frequenza “naturale”.
Quindi penso che le riflessioni sulle sensazioni da Lei riportate siano corrette.
Che la forza non è un fattore limitante della prestazione è sbagliato. L’atleta che a pari rpm produce più watt e quindi va più forte perché riesce a far girare un rapporto più lungo è quello che ha più forza. È una conseguenza diretta dell’equazione incontestabile
Mi spiace ma la tua osservazione è molto debole, segno di scarsa comprensione dell’articolo. A scuola hanno sempre insegnato che si confrontano mele con mele e pere con pere in caso contrario si produce una macedonia. Quello che devi confrontare è il risultato finale ovvero la potenza. Come mostrato nell’articolo a parità di potenza aumentando la cadenza diminuisce la forza applicata. Ma tale forza è di per se modesta (50-20 kg) quindi alla portata di ogni ciclista. Le cadenze di 100 rpm invece non sono alla portata di tutti i ciclisti men che meno di quelli non allenati. In definitiva la forza non è un elemento limitante come lo è la cadenza. Buona giornata.
Senza dubbio a parità di rpm, per esprimere più watt si deve applicare più forza!
Per avere un’idea della grandezza della forza applicata calcoliamo i kg (per comodità, più correttamente si dovrebbe parlare di Newton) a parità di rpm e watt crescenti
300watt a 90rpm, pedivelle 172,5, kg 18,8
320watt a 90rpm, pedivelle 172,5, kg 20
350watt a 90rpm, pedivelle 172,5, kg 21,9
vediamo che per un incremento di 20watt, l’aumento di forza applicata è poco più di 1kg
e per 50watt!! di incremento si passa da 18,8kg a 21,9kg.
A questo punto la questione è: Allenare la forza per andare più forte?
Nella teoria dell’allenamento si dice che l’aumento della forza massima
non influisce su movimenti ciclici effettuati con un carico inferire al 20% del massimale.
Anzi può essere negativo, peggiorando la fluidità del movimento.
Anche in -Allenarsi e gareggiare con il misuratore di potenza di Hunter Allen – Andy Coggan ed.Calzetti e Mariucci- si dice che la forza massima non è un fattore limitante nel ciclismo.
Ritengo queste osservazioni importanti per la scelta delle qualità da sviluppare in un programma di allenamento.
Prima di tutto complimenti per la chiarezza sui contenuti tecnici, sono d’accordo sul concetto che all’aumento della frequenza di pedalata rpm segue una minore forza applicata sul pedale, mi sembra di ricordare che aumentando la lunghezza della pedivella diminuisce ugualmente la forza da applicare.
Grazie Alessandro per l’apprezzamento.
Riguardo la lunghezza delle pedivelle: in effetti un braccio più lungo, a parità di forza applicata, aumenta il valore della coppia espressa. Però bisogna considerare le dimensioni degli arti.
Personalmente consiglio la lunghezza delle pedivelle in base alla misura del femore.
Grazie per l’articolo molto interessante e per la condivisione dei dati.
Mi chiedo se ne hai di più estesi, aiuterebbero a capire come funziona il motore umano.
Non riesco a immaginare come sia la sua caratteristica. Di un motore a scoppio si ha la curva di potenza in funzione del numero di giri. Da quella si deduce la curva della coppia, che a numero di giri bassi è bassa ed è per questo che il cambio è necessario. Un motore elettrico ha la coppia massima allo spunto e il cambio non gli serve.
Insomma secondo te il motore umano è più simile a quello a scoppio o a quello elettrico?
Sarei felice di avere un tuo parere
tanto per chiarire la forza misurata, cui la coppia è proporzionale, correla bene con la potenza divisa il numero di giri
Quanto alle pedivelle Ercole Baldini, che i giovani non ricorderanno, era un formidabile passista e fece il record dell’ora nel 1956 a 106, 107 RPM e dovette combattere per avere pedivelle più lunghe, vista la sua statura. Se non ricordo male le voleva da 17,5, ma i tecnici di allora gli imposero il 17.
Mi fa molto piacere ti sia piaciuto l’articolo. Capisco che sei molto preparato in materia di forza ecc. Riguardo la similitudine del muscolo rispetto ai motori meccanici, penso che quello a scoppio sia quello che si avvicina di più ma solo come sensazione, non con dati oggettivi. In pratica nella pedalata a basse rpm, il muscolo deve esprimere molta forza. Aumentando il ritmo la forza applicata aumenta e si raggiunge la migliore efficienza intorno alle 80-100 rpm.
Dire che mi è piaciuto l’articolo è poco. L’ho trovato chiaro e ben scritto e soprattutto ricco di dati sperimentali, che non sono facili da trovare in giro. Grazie dell’apprezzamento sulla mia preparazione, da parte di un esperto come te. Io sono solo un appassionato di ciclismo da sempre e recentemente sentendo che le squadre usano metodi scientifici per preparare gli atleti cerco di informarmi. Per questo e per la serietà del tuo approccio ti chiedo se hai altri dati, pubblicati naturalmente, e nel caso ti sarei molto grato se volessi darmi il riferimento.
Riflettendo molto su quello che trovo in questo interessante blog, mi riferisco al botta e risposta di Nicola Morales e Crue. Credo abbia ragione il primo: non sempre, ma in certe circostanze, la forza è limitante.
Mi ricordo che quando ero ragazzo ho cercato di salire a Montenero sopra Livorno col rapporto 43/18. Mi sono piantato (salita al 18%) in piedi su pedale a spingere con tutto il peso, ma irrimediabilmernte fermo. Non mi sono mica piantato per mancanza di fiato!
Innanzitutto bisogna distinguere tra forza e potenza.
L’esempio che mi fai riguarda la forza pura, ma bastava salire con un rapporto più agile!
La potenza è il prodotto della frequenza di pedalata per la forza applicata.
La frequenza di pedalata è molto più allenabile e permette di aumentare la potenza con indiscutibili vantaggi, freschezza del muscolo, miglioramento della circolazione ecc.
Per finire parlare di “ciclismo” in generale non chiarisce il discorso.
Si può andare dal km da fermo ad una corsa di 300km dove evidentemente le
qualità richieste sono completamente diverse.
complimenti per l’articolo, io sto cercando di capire quanta potenza sviluppa una persona media (io ad es. altezza 1.76m peso 65 kg) perchè vedo motori elettrici sulle e bike da 250 watt quindi vorrei capire più o meno l’ordine di grandezza della potenza che posso sviluppare io, per capire questi 250 watt di motore elettrico se corrispondono circa ad una altra persona che pedala.
Buongiorno Francesco
per capire quanto un ciclista va forte bisogna calcolare il rapporto watt/kg.
Soprattutto in salita il rapporto peso potenza fa la differenza.
Quindi più il ciclista è leggero, meno watt deve esprimere in confronto ad un altro più pesante.
Con le bici da corsa per il calcolo si considera solo il peso del corridore
considerando fisso il peso della bici (ora sui 7kg).
Come valori generalizzando si può dire
-discreto cicloamatore 3 w/kg
-buon cicloamatore 4 w/kg
-ottimo cicloamatore 5 w/kg
-prof 6 w/kg e oltre.
Poi bisogna vedere in che condizioni è calcolato il carico e per quanto tempo.
Per la bici elettrica penso che nel calcolo si debba aggiungere al peso del ciclista il peso del mezzo magari meno 7kg per fare il confronto con una bici non assistita
Paolo Gaspari
Grazie per la risposta del 29/1/21.
Certo che con un rapporto più agile (molto) avrei potuto salire volevo far notare che nel gioco tra potenza richiesta dalla prestazione, numero di giri e forza applicata ai pedali ci sono circostanze in cui il fattore limitante è la forza. Certo in discesa ci vorrebbe un rapporto lunghissimo per trovare un limite nella forza.
Come ho già avuto modo di esprimere questo articolo è eccellente ed i dati che riporta fondamentali.
A riprova di questo li ho elaborati e ne ho ricavato una correlazione generale che dà le curve caratteristiche del “motore” di un biker.
Il lavoro è pubblicato sul sito:
(1) LE CURVE CARATTERISTICHE DEL ‘MOTORE’ DI UN BIKER SONO DI GRANDE AIUTO PER RAGGIUNGERE LE MIGLIORI PRESTAZIONI Giovanni Pieri | LinkedIn
Credo che vi faccia piacere sapere che sui vostri dati ho potuto costruire qualcosa di nuovo. A quanto ne so nessuno ha finora pubblicato curve del genere.
Concludo ringraziandovi per il bel lavoro svolto e per aver generosamente condiviso i dati. (naturalmente nel lavoro il blog è doverosamente e abbondantemente citato.
Una info, un atleta più leggero ( si suppone 58kg) avrà bisogno di meno w/kg per salire alla stessa velocità di un atleta più pesante ( 80 Kili).
Es esempio se latelta di 80k sale a 4w/kilo , all’atleta di 58 basteranno 3.5w kilo ? Grazie
Per questo gli scalatori sono molto magri. Con un esempio motoristico, a parità di potenza, in salita va meglio la macchina più leggera. Invece per salire alla stessa velocita con diversi kg di peso corporeo i w/kg devono essere uguali, cambia il valore assoluto dei watt espressi che sarà maggiore per il ciclista più pesante.