coppia girostatica

	Il ciclista mantiene facilmente in equilibrio la bici in movimento, mentre da fermo la cosa è molto più difficile. Per quale motivo? Nella ruota in moto si genera una piccola coppia girostatica che si oppone al rovesciamento e mantiene la bici nel piano verticale. Consideriamo una singola ruota che gira intorno al proprio centro O con velocità angolare. Incliniamo la ruota rispetto all'asse orizzontale AB con velocità angolare.	Che cos'è l'equilibrio? La condizione perché un punto materiale sia in equilibrio (cioè sia fermo e continui a restare fermo) è che la somma di tutte le forze che gli sono applicate sia uguale a zero. Se sul punto materiale non è applicata alcuna forza va da sè che la forza totale è zero. Se invece subisce due forze, esse devono controbilanciarsi perché vi sia equilibrio.
	Si consideri una massa elementare m1 appartenente alla corona di questa ruota. Quando m1 supera il punto A, la sua velocità di spostamento dal piano verticale è pari a , con r che aumenta nel primo quadrante. Dunque la massa m1 è soggetta a una variazione di velocità, quindi è sede di forze di inerzia con verso contrario alla direzione di m1. Nel quadrante III, per una massa m3 simmetrica di m1 rispetto al centro, avviene lo stesso, ma in direzione opposta. Si crea perciò una coppia che si oppone alla caduta. L'opposto capita nel quadrante IV. La coppia risultante, su tutta la ruota, si oppone alla caduta cercando di far girare la ruota per riportarla in una posizione più stabile. Nella bicicletta le ruote non cadono attorno al diametro AB, ma si ribaltano intorno al punto di appoggio del terreno. Questo non influisce sulla coppia girostatica: le masse dei quadranti I e IV danno luogo a forze di inerzia dirette in senso contrario alla caduta, mentre nei quadranti II e III le forze d'inerzia sono dirette nello stesso senso della caduta. La coppia formata dai due sistemi di forza sollecita la ruota anteriore a divergere dal suo piano con una rotazione intorno all'asse dello sterzo. La ruota posteriore non è libera di obbedire a questo richiamo. Quella anteriore invece può girarsi attorno all'asse del canotto di sterzo e infatti esce dal proprio piano. Perciò, col nuovo orientamento della ruota, il punto d'appoggio sul terreno esce dal piano mediano nel verso della caduta e da origine ad un'opposizione al momento rovesciante. Così la bici può non cadere. In effetti, per non cadere, deve verificarsi che il momento stabilizzatore sia maggiore o uguale a quello rovesciante e che la rotazione sulla ruota, sotto l'effetto della coppia girostatica, possa verificarsi. Questo perché esiste una coppia resistente che si oppone alla rotazione della ruota. Essa è originata dall'attrito fra il terreno e il copertone della ruota che, deformandosi, poggia sul terreno con una zona di contatto ad ampiezza variabile in funzione della velocità. Quando la bici è ferma l'ampiezza è massima, l'impronta del copertone è simile ad un ellisse, simmetrico rispetto alla proiezione a terra del centro ruota: in questo caso la coppia d'attrito esprime il suo massimo valore (anche l'esperienza ci dice che sterzare il manubrio in queste condizioni è più faticoso). Quando la bici è in movimento, per effetto dell'isteresi con cui la gomma schiacciata riprende la forma normale, la metà posteriore delle reazioni del terreno diminuisce rapidamente con la velocità e rimane solo quella anteriore, che è poi la causa della resistenza al rotolamento della ruota. Impronta sul terreno, a bici ferma   Zona di contatto terreno - ruota, tensioni proporzionali alle deformazioni quando la bici si muove le reazioni della parte posteriore AO diminuiscono. Perciò in condizioni di velocità ottimali la coppia d'attrito vale la metà rispetto alla bici ferma; la coppia girostatica è in grado di agire facendo uscire dal suo piano mediano la ruota e dunque permettendo che nasca un momento stabilizzatore. La diminuzione della coppia d'attrito (che dipende dalla velocità, dalle superfici di contatto e dal carico sulla ruota) ha l'effetto di abbassare la velocità minima, al di sotto della quale, la coppia girostatica non è in grado di intervenire per ristabilire l'equilibrio. L'abilità del ciclista ha comunque un ruolo attivo, nella dinamica dell'equilibrio. Infatti se vuole mantenere un andamento rettilineo, egli deve correggere la curva impostata dalla coppia girostatica. Può farlo agendo sul manubrio con le mani e spostando il peso del corpo.