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INFN Frascati - 6 ottobre 2005 Festival della
Scienza
La fisica e la motocicletta
Vittore Cossalter Dipartimento di Ingegneria
Meccanica Università di Padova Via Venezia 1,
35131 Padova (Italy)
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La motocicletta
La motocicletta è composta, considerando rigide
le sospensioni, da quattro corpi

• il corpo posteriore (telaio, motore, serbatoio,
  sella),
• Lavantreno (la forcella, il manubrio),
• la ruota anteriore,
• la ruota posteriore.

1 g.d.l. rotazione della ruota posteriore (moto
di avanzamento) 2 g.d.l. rotazione del
manubrio 3 g.d.l. moto di rollio
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• ARGOMENTI

• Gli effetti giroscopici nella motocicletta sono
  importanti?
• Come si guida una motocicletta?
• Perché la motocicletta può diventare instabile e
  quindi pericolosa?
• Attorno a quale asse ruota la motocicletta
  durante linserimento in curva?
• Quale sarà levoluzione futura della motocicletta?

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Gli effetti giroscopici della motocicletta.
Effetto giroscopico del moto di imbardata
Leffetto giroscopico ruote, motore-moto
imbardata si manifesta con un momento
raddrizzante.
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Gli effetti giroscopici della motocicletta.
Effetto giroscopico del moto di imbardata
Langolo di rollio reale risulta maggiore
dellangolo di rollio teorico
Il motore ruota nello stesso verso delle ruote
Leffetto del motore si somma a quello delle
ruote
Il motore ruota nel verso opposto
Leffetto del motore si sottrae a quello delle
ruote
Leffetto giroscopico del motore non influenza
langolo di rollio
Lasse di rotazione del motore è longitudinale
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Gli effetti giroscopici della motocicletta.

• Effetto giroscopico
• del moto di rollio

Il momento giroscopico ruota anteriore-moto di
rollio tende a ruotare il manubrio allinterno
della curva, facilitando quindi lingresso in
curva.
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Gli effetti giroscopici della motocicletta.

• Effetto giroscopico
• del moto di rollio

Il momento giroscopico ruote, motore- moto di
rollio tende ad imbardare il motociclo verso
destra, facilitando quindi lingresso in curva.
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Gli effetti giroscopici della motocicletta.
Effetto giroscopico del moto dello sterzo
Il momento giroscopico tende a inclinare il
motociclo verso destra, aiuta quindi il moto di
rollio verso destra del motociclo.
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guida della motocicletta stabilita direzionale
e inserimento in curva
Stabilita direzionale equilibrio del motociclo
in rettilineo a bassa velocità
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guida della motocicletta stabilita direzionale
e inserimento in curva
Stabilita direzionale equilibrio del motociclo
in rettilineo ad alta velocità
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guida della motocicletta stabilita direzionale
e inserimento in curva
Fase iniziale di controsterzo
Inserimento in curva
push right to go left spingi verso destra per
andare a sinistra
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guida della motocicletta stabilita direzionale
e inserimento in curva
Inserimento in curva
push LEFT to go RIGHT
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guida della motocicletta stabilita direzionale
e inserimento in curva
Durante la guida lungo una traiettoria circolare,
con velocità costante, il pilota controlla il
veicolo applicando una coppia al manubrio. Se il
valore della coppia applicata è piccolo il pilota
avverte la motocicletta come maneggevole. La
coppia dovrebbe essere piccola e semmai di valore
negativo.
Sensazione di maneggevolezza
Coppia negativa capsize stabile
Coppia positiva capsize instabile
Senza il controllo del pilota langolo di sterzo
diminuisce e il veicolo cade.
Senza il controllo del pilota il veicolo, dopo
alcuni serpeggiamenti, tende a seguire una
traiettoria rettilinea.
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guida della motocicletta stabilita direzionale
e inserimento in curva
La coppia applicata allo sterzo
Influenza dello spostamento laterale del pilota
Baricentro pilota spostato allinterno di 5 cm.
Coppia/accelerazione laterale
Supponiamo che la coppia applicata sia negativa
(il manubrio viene sostenuto). Lo spostamento
verso linterno del pilota diminuisce il valore
della coppia negativa.
Pilota in posizione simmetrica
Velocità m/s
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

MODI DI VIBRARE
capsize, caduta laterale del motociclo wobble,
oscillazione dellavantreno attorno allasse
dello sterzo weave, oscillazione laterale, di
rollio e di imbardata di tutta la motocicletta
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

MODI DEGLI PNEUMATICI
Modo della massa non sospesa anteriore
Modo della massa non sospesa posteriore
Frequenza (10-20 Hz)
Frequenza (10-20 Hz)
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

MODI DELLE SOSPENSIONI
Scuotimento verticale
Beccheggio
Frequenza (2-5 Hz) Smorzamento elevato (0.3-0.8)
Frequenza (2-5 Hz) Smorzamento elevato (0.5-1)
Il modo di beccheggio ha frequenza superiore del
modo di scuotimento verticale
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

MODO WOBBLE O SHIMMY della ruota anteriore
WOBBLE
Frequenza (5-10 Hz) Può essere instabile alle
alte velocità
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

MODO WEAVE
WEAVE
Frequenza (1-4 Hz) Instabile alle basse velocità,
può essere instabile alle alte velocità
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

INFLUENZA DELLE FLESSIBILITA SUI MODI WOOBLE e
WEAVE
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

INFLUENZA DELLA FLESSIBILITA DELLA FORCELLA SUL
MODO WOOBLE
La flessibilità della forcella riduce la
stabilità e la frequenza a velocità medio-bassa.
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

INFLUENZA DELLA FLESSIBILITA DELLA FORCELLA SUL
MODO WOOBLE
La flessibilità riduce la stabilità. Leffetto
giroscopico ruota anteriore-rotazione forcella
aumenta la stabilità.
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

INFLUENZA DELLA FLESSIBILITA DELLA FORCELLA SUL
MODO WOOBLE CONFRONTO NUMERICO-SPERIMENTALE
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

INFLUENZA DELLA FLESSIBILITÀ TORSIONALE DEL
TELAIO-FORCELLONE POSTERIORE SUL MODO WEAVE.
La flessibilità torsionale riduce la
stabilità. La flessibilità torsionale riduce la
frequenza alle velocità medio-alte.
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

INFLUENZA DELLA FLESSIBILITA TORSIONALE SUL MODO
WEAVE
La flessibilità torsionale riduce la
stabilità. Leffetto giroscopico ruota
posteriore-rotazione forcella aumenta lievemente
la stabilità.
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• La Stabilita della motocicletta modi di vibrare

INFLUENZA DELLA MOBILITA DEL PILOTA SUI MODI
WEAVE e WOOBLE
WOBBLE
WEAVE
La mobilità del pilota incrementa la stabilità
sia del Weave che del Wobble
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Attorno a quale asse ruota la motocicletta
durante linserimento in curva?
Caso particolare solo moto di rollio
(traiettoria rettilinea)

• The Mozzi axis is horizontal and passes through
  the contact points
• The motion of the motorcycle is a rotation about
  and a translation along the Mozzi axis

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Attorno a quale asse ruota la motocicletta
durante linserimento in curva?
Caso particolare solo moto di imbardata
(traiettoria circolare)

• The Mozzi axis is vertical and passes through the
  turn centre
• The motion of the motorcycle is a rotation about
  the Mozzi axis

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Attorno a quale asse ruota la motocicletta
durante linserimento in curva?
Caso generale
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Attorno a quale asse ruota la motocicletta
durante linserimento in curva?
Entrata lenta in curva
Traccia asse di Mozzi
traiettoria
Centro di curvatura
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Attorno a quale asse ruota la motocicletta
durante linserimento in curva?
Entrata veloce in curva
Traccia asse di Mozzi
traiettoria
Centro di curvatura
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Attorno a quale asse ruota la motocicletta
durante linserimento in curva?
Entrata in curva, pista di Adria RSV 1000 Aprilia
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Attorno a quale asse ruota la motocicletta
durante una manovra di slalom?
Slalom, passo 14 m
Centro di curvatura
Traccia asse di Mozzi
traiettoria
Traccia asse di Mozzi
Centro di curvatura
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INFN Frascati - 6 ottobre 2005 Festival della
Scienza
La fisica e la motocicletta Fina parte 1