Gli effetti giroscopici nella motocicletta Vittore Cossalter

L'effetto giroscopico nasce quando la ruota dotata di moto di rotazione attorno al proprio asse, con velocità w, è posta in rotazione anche attorno ad un secondo asse, perpendicolare al precedente, con velocità W.

L'effetto giroscopico si manifesta con una coppia agente attorno ad un asse perpendicolare ai precedenti.
Il valore del momento giroscopico è pari al prodotto del momento d'inerzia polare della ruota, con le velocità di rotazione w e W .
Nella dinamica della motocicletta si riscontrano diversi effetti giroscopici:

• effetto giroscopico di imbardata: effetto giroscopico generato dalla rotazione delle ruote, nel moto stazionario in curva;
• effetto giroscopico di rollio: effetto giroscopico generato dalla rotazione delle ruote, durante il moto di rollio del motociclo, attorno all'asse che passa per le impronte dei due pneumatici;
• effetto giroscopico di sterzata: effetto giroscopico generato dalla rotazione della ruota anteriore, durante una sterzata.

Effetti giroscopici del moto di imbardata

Consideriamo una ruota anteriore o posteriore , che ruota attorno al proprio asse con velocità costante w , mentre il motociclo percorre una curva di raggio R con velocità d'imbardata W pure costante.
Il moto della ruota in curva genera un momento giroscopico attorno all’asse orizzontale, che tende a raddrizzare la motocicletta:

dove I indica il momento d'inerzia polare della ruota rispetto al proprio asse, w la velocità di rotazione attorno al medesimo asse, W la velocità di rotazione di imbardata, uguale al rapporto tra la velocità di avanzamento del motociclo e il raggio della curva.

Prendiamo in esame ora l'effetto di entrambe le ruote.
Il momento giroscopico risulta:

dove I_f e I_r indicano i momenti di inerzia delle ruote anteriore e posteriore.
Se si suppone nullo l'effetto giroscopico, e se si trascura anche l'effetto dovuto allo spessore dei pneumatici, la condizione di equilibrio nel moto stazionario in curva (velocità di avanzamento e raggio della curva costanti ) impone che la risultante della forza peso e della forza centrifuga intersechi la linea che unisce i punti di contatto delle due ruote.
In questo caso ideale l'angolo di rollio della motocicletta é fornito dalla semplice relazione:

L'effetto giroscopico comporta un'inclinazione di rollio maggiore rispetto a quella ideale, calcolata considerando nullo l'effetto giroscopico.

L'incremento Dj dell'angolo di rollio, dovuto all'effetto giroscopico, non favorisce la manovrabilità del motociclo, poiché il motociclo, per raggiungere l'angolo di rollio di equilibrio (che è più elevato), impiega un tempo maggiore.

Effetti giroscopici del moto di rollio

Effetto giroscopico sullo sterzo (ruota anteriore-rollio).
Questo effetto giroscopico si verifica quando si inclina la moto.

Il moto di rotazione della ruota anteriore, assieme al moto di rollio verso destra, origina un momento giroscopico M , che agisce sull’avantreno, la cui proiezione sull'asse dello sterzo risulta:

dove e indica l'angolo di inclinazione dello sterzo.
Il momento giroscopico tende dunque a far ruotare lo sterzo verso destra, ovvero favorisce l'inserimento in curva del motociclo (l'aumento dell'angolo di sterzata provoca, infatti, una diminuzione del raggio di curvatura).
Analogamente, quando il moto di rollio cambia di segno, ed il motociclo ritorna nella posizione verticale, il momento giroscopico tende a diminuire l'angolo di sterzata, favorendo quindi il passaggio dal moto in curva al moto in rettilineo.
Si può quindi affermare che questo effetto giroscopico e' stabilizzante, nel senso che tende a mantenere la moto in equilibrio esercitando una azione raddrizzante.

>Effetto giroscopico globale sul motociclo.
Prendiamo ancora in esame un moto di rollio da sinistra verso destra : il momento giroscopico agente sul motociclo è pari a:

L'effetto giroscopico del moto delle ruote, durante la fase di rollio, genera un momento, che tende ad imbardare il veicolo, come mostrato nella figura.

Effetti giroscopici del moto dello sterzo

Ruotando il manubrio da destra verso sinistra, poiché la direzione del moto della ruota è perpendicolare all'asse dello sterzo, si genera un momento giroscopico attorno all'asse di rollio:

e rappresenta l'angolo di inclinazione dello sterzo.

Questo momento tende ad inclinare il motociclo verso la direzione opposta al moto dello sterzo; per questo motivo, nella guida veloce, per curvare in una direzione, il pilota effettua una rotazione rapida dello sterzo nella direzione opposta.
Maggiore è la velocità di rotazione dello sterzo W maggiore sarà il momento che tenderà a far inclinare la moto nella direzione opposta.

Per ulteriori informazioni consulta il testo di V. Cossalter Motorcycle Dynamics.