Cosa misura la potenza, e in cosa differisce dalla velocità
La potenza nel ciclismo è il tasso al quale un ciclista compie lavoro meccanico, misurato in watt. La velocità, al contrario, è semplicemente la distanza percorsa per unità di tempo e dipende fortemente dalle condizioni esterne: la stessa potenza erogata produce velocità molto diverse a seconda della pendenza, del vento e del fondo stradale. Un ciclista che sale una salita ripida a 10 km/h può produrre molta più potenza dello stesso ciclista che scorre in piano a 30 km/h, perché la maggior parte di quella potenza in salita serve a sollevare il peso del corpo e della bici contro la gravità anziché a generare velocità in avanti.
Ecco perché la potenza è diventata la misura preferita dello sforzo nell'allenamento e nelle gare ciclistiche: a differenza della velocità, non viene distorta da salite, vento o scia, quindi riflette direttamente l'output fisiologico del ciclista, confrontabile da una sessione all'altra e da un ciclista all'altro una volta normalizzata per il peso corporeo.
Il modello fisico: tre forze resistive
Un modello fisico consolidato, validato rispetto alla potenza misurata direttamente in studi come quello di Martin e colleghi (1998), calcola la potenza necessaria per pedalare a una data velocità sommando tre forze resistive e moltiplicando per la velocità, poi dividendo per l'efficienza della trasmissione per tenere conto delle perdite per attrito nella catena e nei cuscinetti. La forza di gravità è la massa combinata di ciclista e bici moltiplicata per l'accelerazione di gravità moltiplicata per il seno dell'angolo stradale. La resistenza al rotolamento è quella stessa massa combinata moltiplicata per l'accelerazione di gravità moltiplicata per il coseno dell'angolo stradale moltiplicato per un coefficiente di resistenza al rotolamento. La resistenza aerodinamica cresce con il quadrato della velocità, il che significa che la potenza necessaria per superarla cresce con il cubo della velocità.
Poiché i veri parametri di resistenza aerodinamica e al rotolamento di uno specifico ciclista e bici sono raramente noti senza test dedicati, valori pubblicati tipici vengono comunemente usati come ipotesi fisse nei calcolatori basati su modello fisico: un coefficiente di resistenza al rotolamento (Crr) di 0,005, rappresentativo di pneumatici da strada su asfalto; un'area frontale effettiva (CdA) di 0,32 metri quadrati, rappresentativa di un ciclista su strada in posizione sulle leve; una densità dell'aria di 1,225 kg per metro cubo, il valore standard a livello del mare a 15 gradi Celsius; e un'efficienza della trasmissione del 97,5%, in linea con le misurazioni pubblicate sulle trasmissioni a catena. Si assume aria ferma, senza vento contrario o a favore.
- P = (F_gravità + F_rotolamento + F_aero) x v / 0,975
- F_gravità = (m_ciclista + m_bici) x 9,8067 x sin(atan(pendenza% / 100))
- F_rotolamento = (m_ciclista + m_bici) x 9,8067 x cos(atan(pendenza% / 100)) x 0,005
- F_aero = 0,5 x 1,225 x 0,32 x v^2 (v in m/s)
Perché la resistenza dell'aria domina alle velocità più alte
La tabella seguente mostra le stime del modello per un ciclista di 75 kg su una bici da 9 kg, su strada piana e aria ferma, usando le ipotesi standard sopra indicate. Nota come la quota di potenza spesa per superare la resistenza dell'aria cresca costantemente con la velocità: la forza di resistenza aerodinamica cresce con il quadrato della velocità dell'aria, quindi la potenza per superarla cresce con il cubo, mentre la resistenza al rotolamento resta quasi costante al variare della velocità.
| Velocità | Potenza stimata | Quota spesa per resistenza dell'aria |
|---|---|---|
| 20 km/h | ≈ 58 W | ≈ 59% |
| 25 km/h | ≈ 97 W | ≈ 70% |
| 30 km/h | ≈ 152 W | ≈ 77% |
| 35 km/h | ≈ 226 W | ≈ 82% |
| 40 km/h | ≈ 323 W | ≈ 85% |
Watt per chilogrammo come metrica di confronto
I watt per chilogrammo dividono la potenza erogata per il peso corporeo del ciclista, ed è la normalizzazione standard usata nel ciclismo perché la velocità in salita su pendenze ripide è governata in gran parte dalla potenza relativa al peso totale del sistema. Su strada piana, al contrario, la velocità è governata in gran parte dalla potenza assoluta relativa alla resistenza aerodinamica, poiché la gravità gioca un ruolo minimo quando l'angolo stradale è vicino a zero. Questo è documentato nella letteratura sull'allenamento basato sulla potenza, in particolare in Training and Racing with a Power Meter di Allen, Coggan e McGregor, che usa i watt per chilogrammo come asse standard per confrontare le prestazioni dei ciclisti tra diverse taglie corporee.
Poiché i watt per chilogrammo sostenibili variano enormemente in base al background di allenamento, alla durata dello sforzo, all'età e a molti altri fattori individuali, nessun singolo numero definisce un valore «buono» per tutti i ciclisti; confrontare il proprio valore di watt per chilogrammo nel tempo, a una durata di sforzo costante, è generalmente più informativo che confrontarsi con altri ciclisti.
Cos'è l'FTP?
La Functional Threshold Power (FTP) è un concetto della letteratura sull'allenamento basato sulla potenza, descritto in Training and Racing with a Power Meter di Allen, Coggan e McGregor, che si riferisce alla potenza più alta che un ciclista può sostenere in uno stato fisiologico quasi stazionario per circa un'ora. Funziona come punto di riferimento individuale: poiché i ciclisti variano enormemente nella capacità di potenza assoluta, esprimere l'intensità target di un allenamento come percentuale della propria FTP consente di personalizzare le zone di allenamento anziché basarle su un wattaggio fisso che sarebbe privo di significato tra ciclisti diversi.
L'FTP non è un numero fisso per sempre -- cambia al variare della forma fisica, motivo per cui i programmi di allenamento basati sulla potenza la rivalutano periodicamente. Questo articolo descrive solo il concetto; i protocolli specifici di test sul campo per stimare l'FTP non sono trattati qui, poiché la metodologia di test e la progressione di intensità appropriata sono meglio guidate da un allenatore qualificato o dalla letteratura di riferimento sull'allenamento.
Domande frequenti
Qual è la differenza tra potenza e velocità in bicicletta?
La potenza è il tasso di lavoro meccanico che un ciclista produce, misurato in watt, mentre la velocità è semplicemente la distanza percorsa per unità di tempo. La velocità è fortemente distorta da pendenza, vento e scia -- la stessa potenza erogata produce velocità molto diverse in salita rispetto a strada piana -- motivo per cui la potenza è considerata una misura più diretta e confrontabile dello sforzo fisiologico.
Come si calcola la potenza ciclistica dalla fisica?
Un modello fisico standard somma tre forze resistive -- gravità, resistenza al rotolamento e resistenza aerodinamica -- e moltiplica il totale per la velocità di marcia, poi divide per l'efficienza della trasmissione. Costanti pubblicate tipiche (un coefficiente di resistenza al rotolamento di 0,005, un'area frontale di 0,32 metri quadrati, una densità dell'aria di 1,225 kg per metro cubo, e un'efficienza di trasmissione del 97,5%) sono comunemente usate quando i valori misurati propri del ciclista non sono disponibili.
Cos'è un buon valore di watt per chilogrammo?
I watt per chilogrammo sono la potenza divisa per il peso del ciclista, e contano soprattutto in salita, dove la velocità è governata in gran parte dalla potenza relativa al peso totale. I watt per chilogrammo sostenibili variano enormemente con il background di allenamento, la durata dello sforzo e l'età, quindi nessun singolo numero «buono» si applica a tutti i ciclisti; monitorare il proprio valore nel tempo a una durata costante è più informativo che confrontarsi con altri.
Cosa significa FTP nel ciclismo?
FTP, o Functional Threshold Power, è la potenza più alta che un ciclista può sostenere in uno stato fisiologico quasi stazionario per circa un'ora, un concetto descritto nella letteratura sull'allenamento basato sulla potenza (Allen, Coggan e McGregor). Serve come punto di riferimento personalizzato: le intensità di allenamento sono comunemente espresse come percentuale della propria FTP anziché come wattaggio fisso.
Perché la resistenza dell'aria conta di più alle velocità ciclistiche più alte?
La forza di resistenza aerodinamica cresce con il quadrato della velocità dell'aria, e la potenza necessaria per superarla cresce con il cubo della velocità dell'aria, mentre la resistenza al rotolamento resta pressoché costante indipendentemente dalla velocità. In un modello fisico standard, la resistenza dell'aria rappresenta circa il 59% della potenza totale a 20 km/h ma sale a circa l'85% a 40 km/h, motivo per cui l'aerodinamica domina le prestazioni ciclistiche alle velocità da gara.
Fonti
- Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, Coggan AR. Validation of a mathematical model for road cycling power. Journal of Applied Biomechanics 1998; 14(3): 276-291.
- Wilson DG. Bicycling Science, 3rd edition. MIT Press, 2004.
- Allen H, Coggan AR, McGregor S. Training and Racing with a Power Meter, 3rd edition. VeloPress, 2019.
- International Civil Aviation Organization (ICAO). Standard Atmosphere -- sea-level air density 1.225 kg/m^3 at 15 degrees Celsius.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 11th edition. Wolters Kluwer, 2021.