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Ciclismo: fisica e fisiologia – 10 risposte della scienza al ciclista curioso
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Un libro concepito per i ciclisti curiosi, quelli che non si accontentano di imparare dei numeri, pur di esibirli, magari a sproposito, per mettersi in mostra parlando di ciclismo, ma che vogliono sapere che cosa c’è dietro a questi numeri: consumo di ossigeno e di calorie, potenza ed energia sviluppate, efficienza del motore umano, soglia anaerobica ed acido lattico, velocità ascensionale, pedalata rotonda e a stantuffo, spinta sui pedali, produzione e dispersione del calore corporeo, le resistenze esterne contro cui la bicicletta deve farsi strada, le modifiche morfologiche e fisiologiche che intervengono con l’età, le risposte dei sistemi respiratorio e cardio-vascolare all’esercizio fisico, e tanto altro.
Non è un testo “imperdibile” per i corridori, perché non ha la pretesa di insegnare come raggiungere le migliori prestazioni e i migliori risultati in gara. Non è nemmeno un testo di cui non può fare a meno il ciclista che vuole sapere tutto sulla bicicletta, o sulla sua più recente evoluzione, perché il mezzo meccanico è visto nella sua forma essenziale, quasi immutabile nel tempo, anche se si dà spazio a recenti innovazioni, come il powermeter, o a particolarità costruttive, come la corona ellittica, o a materiali del futuro, come il grafene.
E allora? Mario Zeppegno, cui si deve l’idea di questo libro e che lo racconta in prima persona, è uno dei due milioni di cicloamatori italiani, e si auto-definisce “un ciclista curioso”; assieme ai suoi colleghi autori, offre qui, per ogni concetto, una dettagliata spiegazione, attinta dalla fisica e dalla fisiologia.
Per il rigore scientifico con cui i vari argomenti sono trattati, si giustifica la presenza di questo libro anche nella biblioteca di un Dipartimento universitario e sul tavolo di un fisiologo dello sport. Il libro, che è scritto con stile colloquiale, non privo a tratti d’ironia, si articola in dieci domande, che ne innescano a dire il vero molte altre, con relative risposte.
Dieci domande/risposte come dieci tappe di una ideale corsa ciclistica. E il ciclista/lettore che avrà percorso le prime nove (se qualcuna gli sembrerà troppo dura, il riassunto che è in testa ad ogni capitolo gli offrirà una scorciatoia più agevole), sarà pronto per affrontare il “tappone” finale. Scoprirà così il segreto che sta dietro a una domanda, la decima, facile solo in apparenza: come riesce a stare in equilibrio il ciclista sulla bicicletta?
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Prefazione
Nota metrologica
Istruzioni per l’uso
CAPITOLO 1
Qual è la potenza necessaria per fare una salita?
Che cos’è la “massima velocità ascensionale”?
1-1 Un lavoro fatto…con i piedi
1-2 La potenza critica o massima continuativa
1-3 La frequenza cardiaca di soglia. Il cardiofrequenzimetro
1-4 Come il ciclista può calcolare la propria potenza
1-5 La velocità ascensionale
1-6 Per saperne di più. Il misuratore di potenza
CAPITOLO 2
Qual è, cioè di che tipo è l’energia che fa funzionareil corpo umano, e come viene prodotta?
Quali sono i “numeri” del bilancio energetico del corpo umano durante l’attività fisica aerobica?
2-1 Gli alimenti come fonte di energia
2-2 La “moneta energetica”, ovvero l’adenosina trifosfato
2-3 I due sistemi energetici anaerobici
2-4 Il sistema ossidativo e l’interazione tra i tre sistemi
2-5 Il muscolo, l’organo attuatore del movimento
2-6 L’efficienza del motore umano. Le analogie con quello di un’auto
2-7 La chimica della trasformazione degli alimenti in energia. Il quoziente respiratorio
2-8 Un accenno al costo energetico dell’attività anaerobica
2-9 L’esercizio fisico e la variazione della massa corporea
2-10 Esercizio continuo od intermittente?
2-11 Per saperne di più. Il muscolo nella locomozione assistita: ciclismo
CAPITOLO 3
Come viene prodotto e regolato l’ossigeno per generare l’energia necessaria all’esercizio fisico?
3-1 L’equilibrio tra l’ossigeno estratto dall’aria e l’anidride carbonica ceduta all’ambiente. La legge di Dalton
3-2 Il consumo di ossigeno e il suo calcolo. La trasformazione di Haldane
3-3 La relazione tra il consumo di ossigeno e la quantità dell’aria inspirata
3-4 La regolazione dell’ossigeno
3-5 L’estrazione dell’ossigeno dall’aria. La membrana respiratoria
3-6 L’influenza dell’altitudine sulla prestazione fisica
3-7 Per saperne di più. Spettroscopia del quasi infrarosso
CAPITOLO 4
Tra i due sistemi, quello respiratorio e quello circolatorio, qual è più limitativo al fine di fornire l’ossigeno per l’attività fisica?
4-1 La circolazione del sangue
4-2 Il regime pressorio del sangue a riposo e sotto sforzo
4-3 Il ruolo delle arteriole
4-4 Le leggi della fisica (formula di Poiseuille e teorema di Bernoulli) e la loro applicazione alla circolazione del sangue
4-5 La massima frequenza cardiaca, il massimo consumo di ossigeno e la massima potenza aerobica
4-6 La posizione reclinata (recumbent) fa aumentare la gettata cardiaca?
4-7 Il sangue come vettore dell’ossigeno. L’equazione di Fick
4-8 La ri-distribuzione del flusso sanguigno durante l’esercizio
4-9 L’energia per le funzioni vitali durante l’esercizio
4-10 Per saperne di più. I sussidi ergogeni
CAPITOLO 5
In che modo il corpo elimina il calore, in particolare quello che si forma durante l’esercizio fisico?
5-1 Il metabolismo a riposo e l’indice metabolico
5-2 Il viaggio del calore: dal muscolo alla superficie cutanea. La conduzione
5-3 L’irraggiamento
5-4 La convezione
5-5 L’evaporazione
5-6 La sudorazione e l’importanza del bere
5-7 Il movimento rende meno fastidioso lo sforzo
5-8 Applicazioni numeriche
5-9 Faticare al caldo: i muscoli e la cute si contendono il sangue
5-10 Il controllo e la regolazione della temperatura corporea
5-11 Per saperne di più. L’esercizio al caldo e l’indice WBGT
CAPITOLO 6
Che cos’è la soglia anaerobica e qual è la sua importanza?
6-1 La soglia anaerobica e l’acido lattico
6-2 La neutralizzazione dell’acido lattico ha un costo: la formazione del lattato
6-3 La determinazione della soglia anaerobica e della massima potenza continuativa
6-4 Il costo energetico della locomozione terrestre: la bicicletta è la forma più economica. Come “predire” la velocità massima in prove di media/lunga durata
6-5 La capacità anaerobica e i tentativi di misurarla
6-6 Per saperne di più. L’identikit di un campione
CAPITOLO 7
Quale potenza è richiesta per vincere la resistenza al moto e quella dell’aria?
7-1 La resistenza al moto
7-2 La resistenza dell’aria
7-3 L’equazione generale del movimento per il ciclismo. Alcune applicazioni
7-4 Prestazioni di rilievo in salita e in piano. Il “wattaggio” del corridore
7-5 I limiti dell’equazione generale del movimento se applicata alle prestazioni in piano
7-6 La classificazione degli sforzi nel ciclismo. Relazione tra potenza sostenibile e durata dello sforzo: dati reali
7-7 L’accelerazione, “palla al piede” del pistard
7-8 Come “predire” la velocità massima in prove di breve durata
7-9 La “partenza lanciata” nel ciclismo, ovvero come massimizzare il risultato della prestazione
7-10 L’efficienza energetica di uno sforzo di breve durata
7-11 L’importanza di poter rifiatare
7-12 Per saperne di più. Le forze contro cui la bicicletta deve farsi strada
7-13 Per saperne di più. La misura della potenza anaerobica:
il test di Wingate
CAPITOLO 8
Quali sono le modifiche morfologiche e fisiologiche che intervengono con l’età e che hanno attinenza con l’esercizio fisico?
8-1 Che cosa cambia
8-2 L’allenamento antidoto all’invecchiamento
8-3 Il reclutamento delle fibre a scossa lenta e il suo effetto sulla spinta sul pedale
8-4 Come varia con l’età la massima potenza continuativa
8-5 La fatica e il significato dell’ “isocronismo” tra giovani ed anziani nel raggiungerla
8-6 Per saperne di più. I “disagi” del ciclista
CAPITOLO 9
Qual è il fabbisogno di energia per un corridore in una corsa gravosa? E per un “ciclista della domenica” che sta 6 ore in sella?
Qual è la perdita di liquidi e di peso dell’organismo durante una prova impegnativa?
9-1 Caso 1. Fabbisogno di energia e perdita di liquidi e di peso per un corridore in una corsa gravosa
9-2 Caso 2. Fabbisogno di energia per il “ciclista della domenica”
9-3 Caso 3. Fabbisogno di energia per un corridore durante l’allenamento
9-4 Per saperne di più. Differenze tra velocista, passista e scalatore
CAPITOLO 10
Come riesce a stare in equilibrio il ciclista sulla bicicletta?
Quale contributo dà l’effetto giroscopico?
10-1 Introduzione
10-2 La spinta sul pedale. La pedalata “rotonda” e “a stantuffo”.
10-3 L’effetto giroscopico
10-4 L’equilibrio nel moto traslatorio rettilineo
10-5 L’equilibrio nel moto traslatorio circolare
10-6 Riepilogo
10-7 Fuori tempo massimo, spunta però Jones…
10-8 Per saperne di più. La forcella e la guidabilità della bicicletta
10-9 Per saperne di più. I materiali della bicicletta
Glossario
Bibliografia
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