La scienza del ciclismo: le leggi della fisica e della fisiologia

Nel ciclismo, come in molte altre discipline, la scienza e lo studio giocano un ruolo importante in termini di prestazioni e risultati. 

Vediamo con questo articolo, tratto da Manuale completo di ciclismo di Van Dijk, Van Megen e Vroemen, quali sono gli ingredienti principali della fisica del ciclismo; nello specifico parleremo di:

• Approccio quantitativo allo sport
• Modello completo per il ciclismo

Approccio quantitativo allo sport

Come scienziati, non eravamo soddisfatti dei manuali tradizionali sulla corsa e sul ciclismo, basati principalmente sulle esperienze di atleti e allenatori. Questi analizzavano i fattori che influenzano la performance, ma solo in maniera qualitativa. Noi, invece, eravamo interessati ai numeri e alle formule concrete che ci avrebbero permesso di calcolare con esattezza le prestazioni. Volevamo inoltre tracciare una linea di demarcazione tra prove scientifiche e opinioni di atleti e allenatori: ecco perché abbiamo deciso di sviluppare modelli basati sulla scienza per tutti i fattori che influiscono sulla performance nella corsa e nel ciclismo, che intendevamo testare usando dati reali ottenuti tramite misurazioni.

Modello completo per il ciclismo

Abbiamo sviluppato quindi un modello completo per il ciclismo basato sulle leggi della fisica e della fisiologia che ci consente di calcolare con esattezza i tempi di gara.

Il modello considera i muscoli e il sistema cardiovascolare come il motore umano. Questo presenta una determinata capacità che può essere descritta secondo la nozione tradizionale di massimo consumo di ossigeno (VO2max), ma anche in termini di quantità di potenza (P, in watt) espressa. Ovviamente, la potenza (P) dipende da fattori quali talento, allenamento, durata o distanza della corsa, altitudine, tapering e così via. 

Nella situazione di equilibrio, la potenza del motore umano (P) viene utilizzata per superare la resistenza al rotolamento (Pr), la resistenza dell’aria (Pa), la resistenza del dislivello (Pd) e la resistenza meccanica (Pm). Di conseguenza, è possibile calcolare la velocità di pedalata e il tempo di gara quando le condizioni della stessa (ad esempio, distanza, suolo, vento, temperatura, salite e altitudine) sono note.

Riteniamo che il nostro modello per il ciclismo rappresenti un importante passo avanti, poiché si basa sulle leggi della fisica e della fisiologia. Questo vale in special modo per il nostro modello della potenza umana. Infatti, tenendo conto della biochimica dei quattro sistemi energetici dei muscoli umani, siamo riusciti a calcolare i limiti assoluti della potenza umana in funzione del tempo, come illustrato nel grafico qui di seguito.

I nostri calcoli mostrano che questi limiti assoluti della potenza umana corrispondono perfettamente alle prestazioni degli atleti d’élite nel ciclismo e in altre discipline sportive, fra cui la corsa.