La bicicletta aerodinamica da corsa progettata da uno degli autori (Kyle)è ripresa mentre, guidata da Ronald P. Skarin, un ciclista olimpicoamericano, stabilisce, con 31,88 miglia (50,88 chilometri), il primatomondiale dell'ora con partenza da fermo. La prestazione è stata resa

possibile dalla carenatura aerodinamica, che riduce la resistenza oppo-sta dall'aria al ciclista e alla bicicletta. Skarin stabilì il nuovo primato divelocità nel 1979 all'Ontario Motor Speedway di Ontario, in Califor-nia. A parte la carenatura, il veicolo era una comune bicicletta da corsa.

di Albert C. Gross, Chester R. Kyle e Douglas J. Malewicki

tuando numerosi esperimenti a ruota li-bera, in cui un veicolo privo di forza mo-trice veniva fatto decelerare su una super-ficie piana. In queste condizioni, la dece-lerazione del veicolo è proporzionale altotale delle forze frenanti che agiscono sudi esso; la velocità e la decelerazione ven-gono misurate da appositi strumenti. Pub-blicando ognuno per conto proprio i lororisultati, Kyle e Lambie conclusero en-trambi che, con una carenatura verticale diforma alare che racchiudesse completa-mente tanto la bicicletta quanto il ciclista,era possibile ridurre di oltre il 60 per centole forze frenanti. (Solo un paio di annidopo Kyle e Lambie vennero a sapere cheveicoli del genere erano stati costruiti giàda tempo in Europa.)

Nel 1974 Ronald P. Skarin, un ciclistaolimpico statunitense, stabilì alla NavalAir Station di Los Alamitos cinque pri-mati di velocità in sella alla bicicletta aprofilo aerodinamico di Kyle. Quest'ul-timo e Lambie decisero di organizzareuna corsa per veicoli a propulsione umanasenza limitazioni di sorta. A questa stori-

ca prima corsa, che si svolse il 5 aprile1975 a Irwindale, in California, parteci-parono 14 veicoli peculiari, molti dei qua-li erano delle biciclette recumbent, su cuiin alcuni casi il guidatore pedalava supino(faccia in su) e in altri prono (faccia ingiù). Alcuni veicoli erano spinti sia a forzadi piedi sia a forza di mani. Il vincitore,alla media di 44,87 miglia (71,79 chilo-metri) all'ora, fu un tandem a profilo ae-rodinamico progettato da Philip Norton,un insegnante di scuola superiore vicino aClaremont, in California. I pedalatorierano Norton e Christopher Deaton, cheè un bravo ciclista, ma non un corridore diclasse mondiale. (La bicicletta da corsastandard più veloce e priva di qualsiasimezzo ausiliario che sia mai stata usata hatoccato la velocità di 69,52 chilometri al-l'ora, un primato stabilito nel 1982 dalsovietico Sergei Kopylov, un ciclista dilevatura mondiale.)

Di fronte alla politica dell'Union Cycli-ste Internationale, avversa alle formeaerodinamiche, i concorrenti di questagara fondarono nel 1976 la International

Human Powered Vehicle Association, ilcui scopo era convalidare le gare alle qualii veicoli a propulsione umana non fosserosoggetti a limitazioni progettuali di sorta.Da allora in decine di gare svoltesi in mol-ti paesi le macchine sono diventate moltopiù raffinate e la velocità è aumentatacostantemente. Quattro veicoli hannosuperato il limite delle 55 miglia (88 chi-lometri) all'ora fissato negli Stati Unitiper le automobili. (Ognuno ha ricevutodalla California Highway Patrol una mul-ta onoraria per eccesso di velocità.) Fraquesti c'è un quadriciclo a profilo aerodi-namico della terza generazione progetta-to da Norton.

Attualmente il veicolo a propulsioneumana più veloce del mondo è il VectorTandem, un veicolo recumbent per duepersone piacevolmente aerodinamico,costruito da un gruppo guidato da AllanA. Voigt, un ingegnere che, quale presi-dente della Versatron Research Inc., pro-getta soprattutto servomotori aerospazia-li. (I pedalatori sono in posizione supina,con il viso rivolto in versi opposti.) Nel

L'aerodinamicadei veicoli a propulsione umanaAnche se una bicicletta e chi le sta in sella sono ostacolati dallaresistenza opposta dall'aria, soluzioni aerodinamiche consentonovelocità di quasi 100 chilometri all'ora su strada pianeggiante

D

a decenni ormai i principi dell'ae-rodinamica vengono applicaticon grande successo al miglio-

ramento della velocità e del rendimentodi aeroplani. automobili, motociclette eperfino di sciatori e pattinatori impegnatia livello agonistico. Fino a pochissimotempo fa però i veicoli la cui forza motriceè costituita dall'energia muscolare umanasono rimasti praticamente ignorati, e lacosa è strana, se si tien conto del fatto chela resistenza aerodinamica è la forza fre-nante di gran lunga più importante cheagisca su di essi. Nel caso delle biciclette,per esempio, essa è responsabile di oltre1'80 per cento della forza totale che entrain gioco, rallentando quelle che procedo-no a velocità superiori ai 28 chilometriall'ora. Qui cercheremo di spiegare que-sta trascuratezza e di mostrare ciò chel'attenzione prestata all'aerodinamica staincominciando a fare per le prestazionidei veicoli terrestri mossi dall'energiamuscolare umana.

Considerando innanzitutto la biciclet-ta, si vede subito che da quasi un secolo aquesta parte la sua forma è rimasta pres-soché immutata. Il Rover Safety Cycle,che fu introdotto in Inghilterra nel 1884,potrebbe facilmente passare per una bici-cletta moderna. Gli mancano soltanto lastruttura di sostegno della sella, cheavrebbe poi costituito il moderno 'telaio alosanga, e alcuni componenti come i frenie la moltiplica. L'importanza dell'aerodi-namica era stata riconosciuta fin quasi dalprincipio sia da chi progettava le biciclettesia da chi se ne serviva, ma costrizioniartificiose imposte al disegno hanno im-pedito in larga misura l'applicazione dellanecessaria tecnologia. Era ovvio allora,così come lo è ai nostri giorni, che allavelocità di una bicicletta da corsa, variabi-le da 30 a 48 chilometri all'ora, le forzedell'aria sono enormi.

Prima del 1900 la posizione curva sulmanubrio del corridore ciclista era diven-tata comune come modo per ridurre la

resistenza dell'aria. Un'altra pratica adot-tata prima del 1900 era quella di proteg-gere dal vento un ciclista facendolo pre-cedere da una bicicletta a posti multipli.Nel 1895 il ciclista gallese Jimmy Michaelpercorse in un'ora 28,6 miglia (45,76 chi-lometri) dietro una bicicletta a quattroposti. Nel 1899 l'americano CharlesMurphy, soprannominato «Miglio alminuto», acquistò fama internazionalepercorrendo un miglio a 63,24 miglia(101,18 chilometri) all'ora su una bici-cletta che procedeva dietro un treno dellaLong Island Rail Road su una «pista» ditavole di legno costruita per l'occasione.

Nel 1912 il francese Etienne Bunau--Varilla brevettò una struttura aerodina-mica che, ispirandosi alla forma dei primidirigibili, racchiudeva tanto la biciclettaquanto il ciclista. Versioni diverse di que-sta bicicletta e i suoi discendenti stabiliro-no in Europa dal 1912 al 1933 vari prima-ti di velocità. Nel 1933 il francese MarcelBerthet coprì in un'ora 49,69 chilometriin sella a un mezzo a profilo aerodinamicodetto Vélodyne; la sua andatura era di 4,8chilometri all'ora superiore al primatodell'epoca su una bicicletta standard.

Nello stesso anno l'inventore franceseCharles Mochet costruì una biciclettarecumbent (sulla quale il ciclista pedalavastando steso sul dorso), alla quale in se-guito diede una forma più aerodinamica.Guidato da Frangois Faure, un corridoreprofessionista, questo «Vélocar» stabilìtra il 1933 e il 1938 numerosi primati divelocità. Mochet e Faure speravano chetali primati venissero riconosciuti dall'U-nion Cycliste Internationale, l'organodirettivo del ciclismo mondiale, ma le lorosperanze andarono deluse.

Acontrario, nel 1938 l'Union proibìnelle gare ufficiali l'uso di congegni

aerodinamici e di biciclette recumbent, ela norma è tuttora in vigore. Questa proi-bizione ha rappresentato un grosso osta-colo allo sviluppo di biciclette ultraveloci

ed è una delle due ragioni principali per lequali la bicicletta è rimasta pressochéimmutata per così tanto tempo. (L'altraragione è costituita dal fatto che nei paesisviluppati il passaggio all'automobile hareso la bicicletta meno importante di untempo come mezzo di trasporto.)

Con la sua decisione l'Union classifica-va praticamente come un «imbroglio»qualsiasi miglioramento apportato all'ae-rodinamica della bicicletta e qualsiasi al-tro mutamento tecnologico. (È una for-tuna forse che l'Union non esistesse anco-ra quando un veterinario scoto-irlandese,John Boyd Dunlop, creò nel 1887 glipneumatici, altrimenti, chissà, continue-remmo forse ad andare su biciclette e suautomobili con ruote di acciaio piene.) Apoco a poco però, e ciò va a suo credito,l'Union ha incominciato ad allentare ifreni per quel che riguarda i mutamenti infatto di aerodinamica, anche se le recum-bent sono ancora proibite. Dal 1976 sonodiventate comuni nelle gare ciclisticheinternazionali le tute intere molto aderen-ti. Sono stati permessi anche i caschi aprofilo aerodinamico, le sezioni trasversa-li a goccia per i tubi del telaio, le leve deifreni aerodinamiche e miglioramenti vari,sul piano aerodinamico, di altre compo-nenti. In effetti, in ogni tipo di veicolomosso dalla forza dell'uomo i mutamentitecnologici si susseguono a un ritmo senzariscontro dai tempi d'oro della biciclettanel secolo scorso.

Questi rapidi mutamenti si possono at-tribuire in parte a una serie di fatti avve-nuti in California. Nel 1973 furono co-struite e sperimentate da uno di noi(Kyle) e da Jack H. Lambie, consulente diaerodinamica che lavorava per contoproprio, le prime due biciclette a profiloaerodinamico degli Stati Uniti. A diffe-renza dei loro predecessori, Kyle e Lam-bie calcolarono effettivamente la riduzio-ne della resistenza dell'aria che si puòottenere dando a un veicolo una formaaerodinamica. E la calcolarono effet-

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PROGETTO DI BUNAU-VARILLA

ROCKET

GORICKE

VÉLOCAR

I primi miglioramenti apportati ai veicoli su strada a propulsione uma-na ebbero come risultato l'introduzione in Inghilterra, nel 1884, delRover Safety Cycle. Nel 1912 e nel 1913 il francese Etienne Bunau-Va-rilla ottenne brevetti per un progetto aerodinamico; biciclette analoghestabilirono molti primati di velocità. La Goricke fu sviluppata in Ger-

mania nel 1914. Nel 1933 la Vélodyne, guidata dal francese MarcelBerthet, percorse in un'ora 49,69 chilometri. Dello stesso anno è ilRocket, progettato da Oscar Egg. Il Vélocar stabilì tra il 1933 e il1938 parecchi primati di velocità. Quasi tutti i disegni si basano sudati tratti dal Wolfgang Gronen Archiv di Binningen, in Germania.

ROVER SAFETY CYCLE VELODYNE

1980, con una partenza lanciata di circaun chilometro e mezzo, il veicolo percorse200 metri sulla carreggiata dell'OntarioMotor Speedway in California alla veloci-tà di 62,92 miglia (100,67 chilometri) al-l'ora. Più tardi quello stesso anno il Vec-tor Tandem percorse 40 miglia (64 chi-lometri) sulla Interstate Route 5 traStockton e Sacramento alla media di 50,5miglia (80,80 chilometri) all'ora.

Oueste velocità straordinarie dipendo-no in buona misura dall'attenzione

rivolta all'aerodinamica. Un ciclista cheproceda a 32 chilometri all'ora sposta cir-ca 500 chilogrammi di aria al minuto.Quando non hanno nulla di aerodinami-co, la macchina e l'uomo lasciano una scianotevole ed esigono un pesante tributo infatto di energia muscolare.

Due tipi di resistenza aerodinamica in-cidono sulle prestazioni di una bicicletta:la resistenza di pressione (o di forma) e laresistenza d'attrito. La prima si ha quan-do il flusso dell'aria non segue i contornidel corpo che si muove. Questa separa-zione modifica la distribuzione della pres-sione dell'aria sul corpo stesso. Se la sepa-razione avviene verso la parte posterioredel corpo, lì la pressione dell'aria diventainferiore a quella che si registra sulla su-perficie anteriore, causando resistenza.

La resistenza d'attrito è dovuta alla vi-scosità dell'aria, prodotta dalle forze ditaglio generate nello strato limite, vale adire nello strato d'aria immediatamenteadiacente alla superficie del corpo.

Certe configurazioni smussate che sitrovano su una bicicletta, come cilindri,sfere e altre forme, sono aerodinamica-mente inefficienti perché il flusso dell'ariasi separa dalla loro superficie. Dietro glioggetti si formano quindi zone di pressio-ne più ridotta, che danno vita a una resi-stenza di pressione centinaia di volte su-periore a quella di attrito. Intorno a unaforma aerodinamica, per contro, l'ariafluisce con regolarità, chiudendosi dietroal corpo via via che quest'ultimo procede.La resistenza di pressione si riduce così inmisura notevole mentre diventa più im-portante quella di attrito.

Per il massimo rendimento un veicolodovrebbe essere progettato in modo daridurre al minimo il trasferimento all'aria,da parte dei due tipi di resistenza, di ener-gia irrecuperabile. Allo stato attuale dellatecnologia, la resistenza aerodinamicaassorbe dal 40 al 50 per cento dell'energiada combustibile consumata da un'auto-mobile o da un autocarro che procedanoalla velocità di 90 chilometri all'ora. Dalmomento che, rispetto alle automobili eagli autocarri, la bicicletta ha un peso, unapotenza e una resistenza al rotolamentoinferiori, nonché una scarsa aerodinami-cità, a velocità superiori ai 16 chilometriall'ora la resistenza aerodinamica rappre-senta una percentuale ancora maggioredell'energia consumata.

Un termine usato per definire l'effi-cienza aerodinamica di una forma è ilcoefficiente di resistenza. Una forma inef-ficiente come una sfera avrà, poniamo, uncoefficiente di resistenza di 1,3, mentre

una forma aerodinamica come una gocciane avrà uno inferiore a 0,01. Perciò unoggetto di forma a goccia potrà muoversicon una perdita di energia pari a meno diun decimo di quella di un oggetto di formacilindrica.

Per i veicoli di trasporto su strada laresistenza aerodinamica è quasi diretta-mente proporzionale al prodotto dellasuperficie frontale per il coefficiente diresistenza. Per comodità diamo a questoprodotto il nome di superficie frontaleeffettiva. Per stabilire quale di due veicoliabbia una resistenza aerodinamica piùridotta non basta confrontare i rispettivicoefficienti di resistenza; bisogna tenerconto anche delle dimensioni del veicolo.È quel che si fa nel concetto di superficiefrontale effettiva. Una normale biciclettae chi le sta in sella hanno una superficiefrontale effettiva che va da 3150 a 5500centimetri quaglrati mentre in un veicoloaerodinamico a motore umano tale super-ficie può essere inferiore a 460 centimetriquadrati.

Ia forza della resistenza aerodinamica, aumenta in proporzione al quadrato

della velocità. Siccome la potenza è propor-zionale al prodotto della forza di resistenzaper la velocità, la potenza necessaria perspingere attraverso l'aria un oggetto au-menta in proporzione al cubo della velocità.Un modesto aumento di velocità richiedepertanto un enorme aumento di potenza.Un ciclista che raddoppi all'improvviso lapropria produzione di potenza mentre staprocedendo a 32 chilometri all'ora aumen-terà di poco la propria velocità, portandolasoltanto a 41,6 chilometri all'ora.

Per contro, un'eventuale riduzione del-la resistenza aerodinamica incide sullavelocità meno di quanto si possa pensare.Se si riduce della metà la resistenza chel'aria oppone a un veicolo che procede a32 chilometri all'ora, un ciclista che noncambi la propria produzione di potenzaaccelererà soltanto fino a 39,04 chilome-tri all'ora. La ragione va ricercata nel fat-to che la resistenza al rotolamento rimanecostante. Se fosse possibile ignorare que-sta resistenza, basterebbe raddoppiare iwatt o ridurre della metà la superficiefrontale effettiva per riportare la velocitàa circa 41,6 chilometri all'ora.

Per riassumere: le alte velocità richie-dono un'efficienza aerodinamica estre-mamente elevata. Con un input di circa750 watt da parte di ognuno dei suoi dueciclisti, il Vector Tandem raggiunse unavelocità di 100,67 chilometri all'ora. Perraggiungere questa velocità una biciclettastandard avrebbe bisogno di oltre 4500watt, una potenza chiaramente al di fuoridelle possibilità di un essere umano.

Nel caso dei veicoli a propulsione uma-na, progettisti e ciclisti possono ridurre laresistenza aerodinamica soprattutto in tremodi. In primo luogo, possono ridurre laquantità di energia sprecata nell'intera-zione del veicolo con l'aria. A tale scopo sidà un profilo aerodinamico (cambiandonela forma) alla parte anteriore e a quellaposteriore degli oggetti ottusi, in modo daridurre al minimo la resistenza di pressio-

ne, e si appianano le superfici irregolari, inmodo da ridurre al minimo la resistenza diattrito. In secondo luogo, si può ridurre laquantità di aria che si incontra ogni secon-do quando si procede su qualsiasi percor-so. Ciò si ottiene riducendo la superficiefrontale effettiva della combinazione vei-colo-conducente. Lo stesso effetto si puòottenere pedalando ad altitudini elevate.In terzo luogo, il ciclista può trovare dell'a-ria che si muova in modo tale da fornire unvento di coda, ossia un vento a favore. Quil'impostazione più efficace è quella, comesi dice in gergo, di farsi «tirare», di pedala-re cioè nella scia di un altro veicolo adistanza molto ravvicinata.

Ad altitudini elevate l'atmosfera èmeno densa e le biciclette incontranomeno aria. A Città del Messico (altitudine2277 metri, dove l'aria ha una densità parisoltanto all'80 per cento di quella al livellodel mare) i primati ciclistici sono dal 3 al 5per cento più elevati di quelli stabiliti adaltitudini inferiori. A La Paz, in Bolivia(altitudine 3630 metri), sarebbe possibilein teoria migliorare del 14 per cento iprimati stabiliti a livello del mare. SullaLuna, dove non c'è atmosfera e dove l'at-trazione gravitazionale è pari solo a unsesto di quella terrestre, un ciclista oppor-tunamente equipaggiato potrebbe in teo-ria pedalare a 380 chilometri all'ora con uninput molto modesto di 75 watt.

Aializzando la relazione, secondo laquale 1'80 per cento della potenza

generata da un ciclista che proceda su unterreno pianeggiante alla velocità di circa29 chilometri all'ora se ne va per vincerela resistenza dell'aria, si scopre che circa il70 per cento del consumo di potenza èdovuto alla resistenza opposta dall'aria alciclista e il 30 per cento alla resistenzaopposta dall'aria alla bicicletta. Questascoperta porta a concludere che, per mi-gliorare le prestazioni di una biciclettastandard, è necessario innanzi tutto mi-gliorare l'aerodinamica del ciclista.

Per i ciclisti che partecipano alle gare,le limitazioni dell'Union Cycliste Interna-tionale non lasciano molto spazio ai mi-glioramenti oltre a ciò che è stato già fattoadottando la posizione curva sul manu-brio, il casco aerodinamico, la tuta moltoaderente e la forma aerodinamica di alcu-ni componenti della bicicletta. Come hacalcolato Voigt, anche con una bicicletta«perfetta» (nessuna resistenza aerodi-namica esercitata sulla macchina a qual-siasi velocità e pneumatici senza resisten-za al rotolamento), la sola resistenza op-posta dall'aria al ciclista impedirebbe se-riamente qualsiasi miglioramento delleprestazioni. Secondo Voigt, un ciclistacurvo sul manubrio di una bicicletta dacorsa convenzionale potrebbe raggiunge-re una velocità massima di circa 54 chilo-metri all'ora con un input di potenzà di750 watt. Su una bicicletta perfetta lostesso ciclista che producesse lo stessosforzo potrebbe raggiungere i 61 chilome-tri all'ora.

Per i milioni di ciclisti non agonistici chevogliono semplicemente un'andatura piùefficiente sono possibili parecchi migliora-

menti aerodinamici, che si possono classifi-care in ordine di costo, partendo da quellopiù economico: una carenatura parzialecome lo Zzipper, sviluppato e fabbricato daGlen Brown di Santa Cruz, in California. Sitratta di un piccolo schermo trasparente eaerodinamico montato davanti al guidato-re. Per circa 60 dollari un ciclista può cosìridurre di circa il 20 per cento la resistenzaaerodinamica, ottenendo un incremento di

velocità di circa quattro chilometri all'oraper un input di 750 watt.

Un altro modo efficace per ridurre laresistenza aerodinamica è quello di infor-care una bicicletta in cui il ciclista è inposizione distesa. (Il veicolo verrebbe acostare parecchie centinaia di migliaia dilire più di una normale bicicletta da turi-smo.) I pionieri in questo campo sonoGardner Martin di Freedom, in Califor-

nia, progettista dell'Easy Racer, e DavidGordon Wilson del Massachusetts Insti-tute of Technology, progettista dell'Ava-tar 2000. Data la superficie frontale piùridotta presentata dal ciclista in posizionedistesa, la resistenza dell'aria diminuiscedel 15-20 per cento, producendo più omeno lo stesso aumento di velocità otte-nuto con la carenatura Zzipper.

La bicicletta recumbent offre com un-

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KYLE STREAMLINER

AVATAR 2000

I moderni veicoli a propulsione umana fanno uso intenso del profiloaerodinamico per ridurre la resistenza opposta dall'aria alla combina-zione veicolo-uomo. Il più semplice è lo Zzipper, una carenatura parzia-le montata davanti al ciclista. Il Kyle Streamliner risale al 1973. Unprogetto rivolto più ai turisti e ai pendolari che all'agonismo è l'Avatar2000, che sfrutta per i ciclisti i vantaggi della posizione distesa. D Vector

VECTOR SINGLE

VEICOLO SCHONDORF OGNI-TEMPO

Single, che ha una carenatura completa, è teoricamente in grado diraggiungere quasi i 100 chilometri all'ora con un input, da parte delciclista, di 750 watt. L'Easy Racer è una bicicletta recumbent per turistie pendolari, ma è stata usata anche nelle corse. L'ultimo veicolo è unadelle recumbetzt utilizzabili in qualsiasi condizione di tempo, progettatedal tedesco Paul Schòndorf per persone anziane e per handicappati.

FORMA VECTOR A PROFILOCOMPLETAMENTE

AERODINAMICO

TIRATO' .DA UN ALTRO

VEICOLO

INCON CICLISTA

POSIZIONE DISTESA

BICICLETTA CHINA SUL MANUBRIO)

POSIZIONE IN CORSA(COMPLETAMENTE

11111111%

n~Mia

BICICLETTADA TURISMO

(BRACCIA DRITTE)

300 WATT225 WATT150 WATT

75 WATT37,5 WATT

BICICLETTA NORMALECON CICLISTA

IN POSIZIONE ERETTA750 WATT560 WATT375 WATT

o

que altri vantaggi. È più comoda da mon-tare di una bicicletta standard. Negli inci-denti che non comportano lo scontro conun'automobile è molto meno pericolosa,in quanto il ciclista è più vicino al suolo(rendendo meno gravi le cadute) e i piedisono avanti (rendendo meno probabili inuna caduta le lesioni al capo). C'è, sì, ilproblema che sulla strada una bicicletta di

ZZIPPER

questo genere è difficile da scorgere ed èforse quindi più vulnerabile nei confrontidelle automobili, ma si tratta di un pro-blema che può essere in parte risoltomontando sul veicolo un'asta lunga e sot-tile con una bandiera.

La soluzione più costosa è una biciclet-ta dotata di una carenatura completa. LaVector Single, una versione monoposto

del Vector Tandem, è il migliore esempiodi un veicolo a pedali interamente carena-to, chiuso. (È la macchina presentata sullacopertina di questo fascicolo.) SecondoVoigt, il veicolo è in grado in linea teoricadi toccare i 98,72 chilometri all'ora conun input di 750 watt, un incremento di45,12 chilometri all'ora rispetto alle pre-stazioni fin qui ottenute con una bicicletta

da corsa standard. Una Vector Single co-sta grosso modo quanto una bicicletta dacorsa di prim'ordine.

Anche in salita o in discesa un veicolocompletamente aerodinamico conserva ilproprio vantaggio su una bicicletta con-venzionale. Pur pesando circa 36 chilo-grammi, rispetto ai poco più di 11 di unabicicletta standard, la Vector Single puòsuperare salite moderate alla stessa velo-cità o più velocemente della bicicletta.Con un input di 300 watt, una biciclettapuò superare una pendenza del 2,5 e unadel 6 per cento alla velocità rispettiva-mente di circa 25,6 e 17,6 chilometri al-l'ora. Con lo stesso input la Vector puòsuperare le due pendenze rispettivamentea 32,8 e 17,6 chilometri all'ora.

In discesa la differenza fra le due mac-chine è notevole. La bicicletta può percor-rere una pendenza del 2,5 per cento a 46,4chilometri all'ora, la Vector a 86,4. Su unapendenza del 6 per cento la bicicletta puòraggiungere una velocità di 62,4 chilome-tri all'ora, mentre la Vector può superare i160. Tali velocità potenziali stanno a indi-care che, se i veicoli aerodinamici a pro-pulsione umana diventeranno comuni,bisognerà prestare particolare attenzioneal progetto dei freni e della sospensione ealla stabilità del veicolo.

Poi ch é la resistenza aerodinamica è

proporzionale al quadrato della velo-cità relativa, i venti di prua, i venti di codae perfino i venti di traverso possono modi-ficare drasticamente sia la resistenza ae-rodinamica sia il fabbisogno di potenza.Per esempio, un ciclista che proceda acirca 29 chilometri all'ora in aria calmadeve accrescere del 100 per cento la pro-pria produzione di potenza per mantene-re quella velocità contro un vento di pruadi 16 chilometri all'ora. Di solito un cicli-sta che incontri un vento di prua rallenta ecerca di mantenere la spinta abituale dellegambe e la cadenza della pedalata azio-nando il cambio di velocità. Questa è unadelle ragioni per le quali le biciclette dota-te di («più rapporti») moltiplica sono pre-feribili anche su percorsi pianeggianti.

Un vento di coda fa procedere più velo-cemente il ciclista mantenendo il normaleinput di potenza. In genere l'aria in mo-vimento accelera o rallenta una biciclettain misura pari grosso modo alla metà dellavelocità del vento. Quando una biciclettaprocede nella scia di un'altra, il fabbiso-gno di potenza del ciclista che sta dietro siriduce di circa il 30 per cento, in quanto ilciclista che sta davanti, quello che «tira»,crea un vento di coda artificiale.

Quanto più da vicino una biciclettasegue quella che «tira», tanto più marcatoè l'effetto della trazione. Si può pensareche il ciclista che sta dietro di un tandem sifaccia «tirare» da distanza estremamenteravvicinata. Le due persone in sella a untandem usano ciascuna il 20 per cento inmeno di potenza di due ciclisti separati.

Quando ciclisti in fila si danno il cambionella posizione di testa, tutto il gruppopuò andare a una velocità molto superio-re a quella di un ciclista isolato. In unagara a inseguimento sui 4000 metri, una

104

96

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321930 1935 1940 1945

I primati di velocità ottenuti con veicoli terrestri a propulsione umana sono aumentati rapidamen-te dopo la fondazione nel 1976 dell'International Human Powered Vehicle Association, che nonpone limiti progettuali di sorta per la partecipazione alle gare. L'anno della fondazione è indicatodalla linea tratteggiata. Per molti anni prima di allora le regole dell'Union Cycliste Inter-nationale, che bandivano dalle gare ciclistiche ufficiali i veicoli a profilo aerodinamico, avevanomantenuto praticamente immutati i primati di velocità. Le curve rappresentano i primati per piùcorridori sui 200 metri con partenza lanciata (in colore), per corridori singoli nelle stesse condi-zioni (in grigio) e per corridori che pedalavano per un'ora producendo il massimo sforzo (in nero).

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SUPERFICIE FRONTALE EFFETTIVA (CENTIMETRI QUADRATI)

Un profilo aerodinamico ha l'effetto di migliorare le prestazioni dei veicoli a propulsione umana atutti i livelli di input di potenza. La bicicletta da turismo guidata da un ciclista in posizione eretta èil veicolo meno aerodinamico, mentre il modello Vector è il più aerodinamico. Farsi «tirare» signi-fica seguire da vicino un altro veicolo, in questo caso una bicicletta. Un buon atleta e un non atletasano possono produrre 750 watt rispettivamente per circa 30 secondi e 12 secondi e sono in gradodi continuare a produrre rispettivamente 300 e 75 watt per circa otto ore. La superficie frontaleeffettiva è data dal coefficiente di resistenza moltiplicato per la superficie frontale prevista.

O_JI 64o

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1950 1955 1960 1965 1970

1975 1980 1985

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DESCRIZIONE VEICOLOPESO DELVEICOLO

(kg)

PESO DELCICLISTA

(kg)

PNEUMATICI

FORZEA 32 km/h

(kg)

DATI AER ODINAMICICOEFF. TERRENO PIANEGGIANTE, SENZA VENTO EFFETTI DELLE ALTURE

CARATTERISTICHE DIAMETRO(cm)

PRESSIONE(kgicrn2)

DI RESI-STENZA COEFF. DI

AL ROTO- RESI-LAMENTO STENZA

SUPERFICIEFRONTALE

(cm2)

SUPERFICIEFRONTALEEFFETTIVA

,,(,,)

INDICE DIPOTENZA

ANDATURATURISTICAPER TUTTA

LA GIORNATA

VELOCITÀMASSIMA

VELOCITÀCOSTANTEIN SALITA

VELOCITÀCOSTANTEA RUOTALIBERA

BMX COPERTONI

occ

(BICICLETTA « FUORISTRADA»PER RAGAZZI)

13,6 55 CON SCOLPITUREMOLTO

PRONUNCIATE50.8 2,8 2.5

0,95 0.014 1,1 4552 5017 146 16,2 44,7 19,6 31,9

<oz<h-

LUEUROPEA CON CICLISTA

40

BICICLETTA CONVENZIONALE

IN POSIZIONE ERETTA18,1 72 68,5 2.8 2.78

0,540,006 1,1 5109 5574 140 18,1 44,4 17,5 38,6

DA TURISMO...,.5

(CICLISTA CON LEBRACCIA TESE)

18,1 72 A TALLONE 68,5 6,3 1,990.37

0,0045 1 3994 3995 100 21,1 50 19,6 44,6

E,BICICLETTA DA CORSA(CICLISTA IN POSIZIONECOMPLETAMENTE CHINA 9 72 TUBOLARI 68,5 7,4 1,57

0,240,003 0,88 3623 3159 77 23,6 54,5 20,9 50,2

SUL MANUBRIO)

COMPONENTI AERODINAMICHE(CICLISTA IN POSIZIONECOMPLETAMENTE CHINA

CYD9 72 TUBOLARI 68,5 7,4 011248 0,003 0,83 3623 2973 73 24,1 55,6 20,9 51,8

SUL MANUBRIO)

CARENATURA PARZIALE

Pg

(ZZIPPER. CICLISTA INPOSIZIONE CHINA SULMANUBRIO) Cr_

9,5 72 TUBOLARI 68,5 7,4 1,350,24

0,003 0,70 3809 2694 67 24,8 57,4 I 21 54,5

O3O-2z_..oO

RECUMBENT(EASY RACER) 12,2 72 A TALLONE ANTERIORE 50,8

POSTERIORE 68,5 6,3 1,350,43 0,005 0,77 3530 2694 75 23,2 56,6 32,4 54,2

2,41E TANDEM f 19 72 CIASCUNO A TALLONE 68,5 6,3 01,330

0,370,0045 1 4831 4831 66 24,5 58,9 20,9 56,6

«TIRATA»(SEGUE DA VICINO 9 72 TUBOLARI 68,5 7,4 0,87 0,003 0,50 3623 1765 47 28,2 66 21,9 67,1UN'ALTRA BICICLETTA) 0,24

BLUE BELL(DUE RUOTE, UN CICLISTA) 18,1 72 TUBOLARI ANTERIORE 50,8

POSTERIORE 68,5 7,4 0,270,36

0,004 0,12 4645 557 27 36,2 94,3 20,8 124,6

0,65

PtnKYLE(DUE RUOTE, DUE CICLISTI) 23,6 72 CIASCUNO TUBOLARI 7,4

0.330,5 0,003 0,2 6503 1301 24 37,5 0,1 22,5 112,5

P: 0,25< 2_

VECTOR SINGLE(TRE RUOTE) 30,8 72 TUBOLARI ANTERIORI 50,8

POSTERIORE 68,50,230,46

0,0045 0,11 4236 464 29 35,1 98,5 18,2 145

0,28VECTOR TANDEM(TRE RUOTE) ~

34 72 CIASCUNO TUBOLARI 610,410,80 0,0045 0,13 4366 557 23 41,2 116,7 20,9 174,40,40

BICICLETTA PERFETTA(NESSUNA RESISTENZA ALROTOLAMENTO, NESSUNA RESISTENZA •-• ,--•

1,390

O 0,8 3530 2787 59 26,9 93 21,6 55,8OPPOSTA AL VEICOLO) .s. , . i ,.;

CICLISTA SENZA RESISTENZA ,,,(LA RESISTENZA AL ROTOLAMENTO , .COMPRENDE

0,600,37 0,0045 1,1 1115 1208 41 29.6 73,7 21,4 80,9

IL PESO DEL CICLISTA) C.5í, O

RECUMBENT PERFETTA(RESISTENZA SOLTANTO

6.--‘0_0,33 O 0,6 1115 650 14 43,6 93,8 27 107,7

AL CICLISTA) 0

BICICLETTA PERFETTA CON IL CICLISTA5EE;

IN POSIZIONE PRONA „.....",,_, W",

(RESISTENZA OPPOSTA A UN CICLISTA U ___)0,230

O 0,6 743 464 10 48,9 105 37,3 105PICCOLO MA ROBUSTO)

,1,-

PROFILO AERODINAMICO- _..--,,PERFETTO CON CICLISTAIN POSIZIONE PRONA

2r, 0,03

00 0,05 1301 65 1 93,8 202,6 41,2 280,8

_

1 DADIETRO A VEICOLO A MOTORE _

19 72 MOTOCICLETTAPER CORSA 4,9 0

0,550,006

VARIACON LA 23 47,3 473,1 20,3 ?

O = SU STRADA VELOCITÀ

BICICLETTA LUNARE(TUTA SPAZIALE 6,8 kg) 11,3 72 0

0,060,0045 O 3 382,2 3822 126,2

squadra di quattro corridori può raggiun-gere una velocità superiore di circa 6,4chilometri a quella di un ciclista isolato.Tipicamente, a parità di bravura, ungruppo di turisti in bicicletta può proce-dere a un'andatura da uno e mezzo a cin-que chilometri più elevata di quella di unqualsiasi ciclista che proceda da solo.Quanto più il gruppo è numeroso (po-niamo, fino a dodici elementi), tanto piùveloce dovrebbe essere.

I venti artificiali creati dal traffico au-tomobilistico di passaggio possono au-mentare da uno e mezzo a cinque chilo-metri la velocità di un ciclista per periodidi quasi sette secondi. Quanto più grandeè il veicolo che passa, tanto più notevole èl'effetto. Una corrente costante di trafficopuò permettere a un ciclista di mantenereuna velocità da sei a 10 chilometri piùelevata di quanto gli sarebbe altrimentipossibile a parità di energia.

Quando un ciclista pedala direttamentenella scia di un veicolo a motore, si posso-no raggiungere velocità veramente ecce-zionali. 1125 agosto 1973 AllanV. Abbott,un medico californiano, stabilì un primatopercorrendo un miglio alle Bonneville SaltFlats, nello Utah, alla media di 138,674miglia (221,878 chilometri) all'ora. JohnHoward, un ciclista olimpico americano,sta cercando di battere il primato di Ab-bott e di raggiungere facendosi «tirare» daun veicolo a motore a una velocità superio-re a 240 chilometri all'ora.

ebbene i risultati che abbiamo descrit-to siano di per sé molto importanti, ci

si chiede se avranno mai applicazione pra-tica al di là del loro effetto sui primati divelocità. Per gran parte dei ciclisti di tuttoil mondo sembra improbabile che questefatiche abbiano molta utilità immediata.Per esempio, nei molti paesi in via di svi-luppo in cui la bicicletta è il principalemezzo di trasporto i ciclisti vanno a circa11 chilometri all'ora, spesso con un caricopesante; la resistenza aerodinamica di-venta più importante di altri impedimential moto delle biciclette soltanto a velocitàsuperiori a 16 chilometri all'ora. Anchequi il lavoro sull'aerodinamica dà un con-tributo. Senza di esso i progettisti nonsaprebbero per quale ragione dovrebberoin gran parte ignorare l'aerodinamica peri veicoli a propulsione umana che si muo-vono piano.

Nel prospetto sono compendiate le prestazionidei veicoli a propulsione umana. I valori elen-cati sotto le forze per ogni veicolo rappresen-tano rispettivamente la resistenza aerodinami-ca e la resistenza al rotolamento. Le ultimecinque colonne a destra indicano rispettiva-mente la potenza richiesta a 32 chilometri al-l'ora come percentuale del rendimento del ci-cloturista, la velocità in chilometri all'ora sul-l'arco di tutta la giornata con una produzione di75 watt, la velocità massima per una produzio-ne di 750 watt, la velocità costante in chilome-tri all'ora su pendenze fino al 5 per cento conuna produzione di 300 watt e la velocità indiscesa a ruota libera sulla stessa pendenza.

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La biomeccanica per il record dell'ora

C

ome è noto, il regolamento della Federazione ciclisticainternazionale impedisce che possano essere adotta-te, in gare ciclistiche, forme aerodinamiche particola-

ri della bicicletta o applicate aggiunte aerodinamiche all'in-sieme «atleta-mezzo meccanico». Da questo punto di vistanon è stato quindi possibile un sufficiente sviluppo di questoveicolo a propulsione umana.

Recentemente quando sono stato interessato, per quantoriguarda la parte biomeccanica, all'impresa di FiancescoMoser di attaccare il record dell'ora, tenendo sempre presentei regolamenti internazionali, peraltro molto rigidi. ho cercatodi utilizzare qualcosa che potesse sfruttare quanto di nuovoera stato recentemente realizzato nella tecnica.

A tal fine si è vista l'opportunità di realizzare un telaio conruote di dimensioni diverse e precisamente con la ruota ante-riore più bassa. In tal modo viene ridotta la resistenza aerodi-namica della parte anteriore del veicolo. La ruota a raggio piùpiccolo, però, presenta una più elevata resistenza al rotola-mento e, quindi, si è dovuto progettare un telaio capace discaricare una maggiore percentuale del peso dell'atleta e dellabicicletta sulla ruota posteriore, quella motrice, a diametromaggiore, così da ridurre il peso e l'impronta al suolo deltubolare della ruota anteriore. Inoltre, appunto per minimiz-zare il problema della resistenza al rotolamento, sono statistudiati e realizzati dalla Victoria, dietro nostre indicazioni,tubolari che presentano la minor resistenza possibile al roto-lamento avendo una carcassa particolarmente rigida e sezionemolto ridotta.

Per quanto riguarda la bicicletta, essa è stata realizzata inmodo tale da avere la massima rigidità senza guardare ec-cessivamente alla riduzione del peso. Questo sembra in con-trasto con quanto è stato precedentemente fatto in analoghirecord. Sembra, infatti, che tutti coloro che si sono dedicatia tale argomento abbiano pensato alla riduzione del peso ascapito della rigidezza del veicolo mentre, al contrario, tuttii ricercatori e gli studiosi che in ambienti universitari hannoapprofondito il problema del raggiungimento delle massimevelocità a regime costante hanno sempre privilegiato l'a-spetto aerodinamico piuttosto che l'alleggerimento estremo.

Prove aerodinamiche in galleria del vento di una delle biciclette ap-prontate per il record dell'ora (Fotoservizi Franco Girella, Milano).

Ci è sembrato corretto questo modo di affrontare il pro-blema in quanto, una volta raggiunta una determinata velo-cità, il mantenimento della stessa è assicurato, a parità dipotenza muscolare erogata, più dalla riduzione della sezionefrontale e dal miglioramento del coefficiente di penetrazio-ne che dalla riduzione del peso.

La tecnologia moderna ha inoltre permesso l'utilizzazionedi ruote costruite in materiali diversi da quelli tradizionaliadottati fino a oggi, che sono stati, in successione di tempo, illegno, il ferro, l'acciaio, le leghe metalliche leggere. Oggi imateriali «compositi», ossia sostanze plastiche che possonoessere facilmente plasmate nelle forme volute, risultano suffi-cientemente resistenti da permettere la realizzazione di ruotestrutturate completamente con tali materiali. Questo in osse-quio al regolamento internazionale che non consente l'appli-cazione, sulle biciclette, di aggiunte o di prolungamenti aero-dinamici, ma che non proibisce l'utilizzazione di materialinuovi. L'uso di materiali nuovi impone, talvolta, di adottareforme nuove. Ecco perché sono state proposte ruote a formalenticolare in materiale composito e cioè ruote a superficiediscoidale, senza raggi. È stata perciò la scelta stessa di questonuovo tipo di materiale che ha imposto la realizzazione diruote con una forma diversa dall'usuale. Infatti non potevanoessere realizzati, con tale materiale, i tradizionali raggi, madoveva essere necessariamente adottata una struttura conruote a disco. Se poi il disco, come è naturale, soprattutto se èa profilo lenticolare, offre una riduzione della resistenza ae-rodinamica, in assenza di vento, questo costituisce un fatto«occasionale», gradito certamente, anche perché ottenuto inossequio al rigidissimo regolamento.

Per quanto riguarda l'adozione di un casco che comprendaanche il collo oltre la testa, esso risponde a precise esigenze disicurezza. Infatti, in caso di urto, l'uso di un casco che applichie scarichi l'energia cinetica dell'urto su strutture di ampiasuperficie e di elevata resistenza, quali le spalle, la parteanteriore del torace, la parte posteriore del dorso, rappresen-ta un fattore di sicurezza per l'atleta. In tal modo, infatti, incaso di urto della testa contro la pista, l'effetto dell'urto nonviene assorbito solamente dalle delicate strutture del collo,ma da una struttura ben più resistente quale il tronco. L'ado-zione di un casco cosí strutturato può essere accettata sola-mente in competizioni nelle quali l'atleta deve mantenere unaposizione la più immobile possibile, senza rotazioni della testasul collo, come nel caso di un record a velocità costante, dovenon esista il problema di sorvegliare gli avversari. La soluzio-ne di un tale tipo di casco, quindi, è valida solo per recordcome quello dell'ora o in altre situazioni analoghe.

Con questa serie di soluzioni si è voluto proporre qualcosadi nuovo in un ambiente in cui il veicolo di gara era rimastofisso a una struttura standard fin dal secolo scorso. In tutti glisport vi sono state innovazioni tecnologiche superiori a quelleadottate nel ciclismo. Il tentativo (coronato da successo il 19 eil 23 gennaio 1984) di Moser di attaccare il record dell'ora hacostituito l'occasione per verificare se era possibile compiereun passo in avanti. Questo passo in avanti è tutt'altro chesterile perché se, oggi, può vedere la sua pratica applicazionesoprattutto nella massima espressione velocistica. non è dettoche alcune delle soluzioni proposte non possano avere piùlarga applicazione o, comunque, costituire uno stimolo peruno sblocco di una situazione da troppo tempo cristallizzata.

Antonio Dal Monte

Vector Tandem è rappresentato qui in pianta e in proiezione verticale.È il «fratello» della Vector Single presentata sulla copertina di questofascicolo. Con un input di poco più di 750 watt da parte di ognuno dei dueciclisti, il tandem stabilì nel 1980 il record di velocità sui 200 metri

percorrendo la distanza alla media di 62,92 miglia (100,57 chilometri)all'ora, con partenza lanciata di oltre un miglio. Nello stesso anno ilVector Tandem percorse 40 miglia (64 chilometri) sulla strada interstata-le della California alla media di 50,5 miglia (80,8 chilometri) all'ora.

Per le biciclette destinate a un procede-re lento, ma sicuro, è logico ridurre laresistenza al rotolamento migliorando glipneumatici e lastricando le strade. I pro-gettisti dovrebbero anche ridurre il pesodella bicicletta per facilitare l'andatura insalita. La recente introduzione negli StatiUniti di «biciclette da montagna» è unpasso verso la produzione di bicicletteleggere abbastanza resistenti per stradeaccidentate o non lastricate.

La conoscenza acquisita con le recentiricerche nel campo dell'aerodinamica deiveicoli mossi dall'uomo può essere diret-tamente utile in parecchi modi. Anche seper molti anni ancora continuerà proba-bilmente a essere la principale rappresen-tante della categoria per via del generaleconsenso, del basso costo, della semplici-tà e dell'affidabilità meccanica, la biciclet-ta standard offre molte opportunità diinnovazione. Una carenatura anterioresemplice ed economica, per esempio, neaumenterebbe notevolmente le presta-zioni. Non è da escludere che la biciclettarecumbent venga usata in misura maggio-re dai pendolari e dai turisti per via delsuo rendimento e della sua comodità.

Un'ulteriore applicazione della tecno-logia sarebbe quella di dotare una recum-bent di un motore piccolo e leggero cheservirebbe soprattutto per aiutare ad ac-celerare da fermo e a superare le salite.Dotato anche di tutta l'aerodinamicitàcompatibile con le esigenze di ventilazio-ne e di stabilità, il veicolo sarebbe un verociclomotore. (I veicoli venduti attualmen-te sotto questo nome non sono dei vericiclomotori, ma motociclette con motoredi ridottissima potenza.)

La ricerca recente ha ispirato agli in-ventori parecchi veicoli a propulsioneumana destinati a usi speciali. PaulSchóndorf, professore di ingegneria allaFachhochschule di Colonia ha costruito,per le persone anziane e per gli handicap-pati, una serie di tricicli recumbent facil-mente pedalabili e utilizzabili in qualsiasicondizione di tempo. Veicoli analoghiandrebbero bene anche per le comunitàdi pensionati. Douglas Schwandt, delVeterans Administration's Rehabilita-tion Engineering Research DevelopmentCenter di Palo Alto, in California, ha co-struito tricicli e biciclette per paraplegicimossi da manovelle. William Warner, unparaplegico che un tempo era stato deten-tore del primato per veicoli azionati con lemani nelle gare patrocinate dall'Interna-tional Human Powered Vehicle Associa-tion, dice che una persona mutilata puòspingere un veicolo del genere molto piùvelocemente di una normale sedia a rotel-le e può quindi acquisire un nuovo sensodi libertà e di mobilità. (L'attuale primatodi 40,14 chilometri all'ora fu stabilito nel1981 da Ascher Williams del centro diriabilitazione di Palo Alto.)

In linea di massima un veicolo a propul-sione umana a profilo aerodinamico ecompletamente racchiuso potrebbe esse-re molto utile come mezzo di trasporto.Una persona potrebbe andare a velocitàvariabili da 30 a 50 chilometri all'ora inqualsiasi condizione di tempo. Così comesono progettati attualmente, però, questiveicoli non servirebbero sulle strade aper-te. Essi mancano di sufficiente ventilazio-ne, visibilità, manovrabilità e di certi ele-menti di sicurezza quali i fanali e i tergicri-

stalli. Nella maggior parte dei casi, inol-tre, non è facile salirvi o scenderne.

Produrre un veicolo di uso pratico diquesto genere richiederebbe investimentie sforzi ingegneristici paragonabili a quel-li in gioco nella produzione di una nuovaautomobile. Anche così però il veicolo apedali non sarebbe sicuro in un trafficoche comprendesse un gran numero di vei-coli a motore. È giocoforza concludereche un veicolo a propulsione umana inte-ramente racchiuso non costituirà unaforma pratica di trasporto fino a quandola penuria di carburante non toglierà dallestrade i veicoli motorizzati o fin quandonon verranno costruite strade speciali permacchine a pedali.

Molto più probabile è lo sviluppo diautomobili più leggere e più efficienti dalpunto di vista del consumo di carburanteche impieghino molta della tecnologia dicui si è parlato. Uno di noi (Malewicki) hagià costruito un veicolo del genere. unavettura monoposto del peso di 230 libbre(circa 104 chilogrammi), la quale detienevari primati per quel che riguarda il ri-sparmio di carburante, alla velocità mas-sima di 55 miglia all'ora consentita sulleautostrade americane, con motore a ben-zina (157,2 miglia con un gallone, cioè55,15 chilometri con un litro) e con moto-re diesel (156,3 miglia con un gallone,cioè 55 chilometri con un litro). Il primatodiesel fu stabilito sul tratto Los Angeles--Las Vegas, percorso alla media di 56,3miglia (90,08 chilometri) all'ora. Unatendenza verso tali vetture potrebbe rin-viare il momento in cui al veicolo a pro-pulsione umana verranno pienamentericonosciuti i meriti che gli spettano.

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