Pedala più velocemente o pedala più forte!

Quando si va in bicicletta, è importante mantenere una certa velocità di pedalata (chiamata anche cadenza) indipendentemente dalle salite o dalla strada pianeggiante. Per trasferire la potenza dal pedale alle ruote è necessario l'utilizzo di ingranaggi.

Ci sono due posti in cui esistono gli ingranaggi su una bicicletta. Il primo è collegato al pedale, chiamato corona. Il secondo posto è collegato al pneumatico posteriore, chiamato ingranaggio posteriore o pignone. Gli ingranaggi sono collegati da una catena. La catena trasferisce la potenza applicata dal pedale alle ruote e si crea un vantaggio meccanico in base alla dimensione degli ingranaggi collegati ai pedali (cassetta anteriore) e alle ruote (cassetta posteriore).

Esistono diverse biciclette con un numero variabile di marce chiamate corone e pignoni. Una bici a cambio singolo mantiene un vantaggio meccanico fisso: le marce presenti su una bici a cambio singolo non cambieranno indipendentemente dal fatto che la persona stia pedalando su una strada pianeggiante o in collina. Ciò significa che la persona che pedala deve mettere a dura prova le proprie gambe per scalare le colline o pedalare molto più velocemente.

Una bicicletta a più marce consente alla persona che pedala di mantenere la stessa velocità di pedalata per regolare il proprio vantaggio meccanico per raggiungere risultati diversi. Ciò consente al ciclista di salire in salita o viaggiare più velocemente senza modificare la velocità di pedalata.

Una bicicletta con più marce offre molte opzioni per utilizzare il vantaggio meccanico a proprio vantaggio personale. Una bicicletta ferma vorrebbe utilizzare una combinazione di ingranaggi adatta per una maggiore coppia (potenza di sterzata) per accelerare da ferma o per scalare una grande collina. Un vantaggio meccanico per la coppia (maggiore potenza di rotazione) si ottiene quando un ingranaggio più piccolo aziona un ingranaggio più grande. Nel contesto di una bicicletta, ciò accade quando la dimensione della corona anteriore più piccola è abbinata al pignone o alla ruota dentata posteriore più grande. Tuttavia, una bicicletta dotata di coppia non sarà in grado di muoversi molto rapidamente.

D'altra parte, una bicicletta che è già in movimento e vuole raggiungere una velocità elevata ha bisogno di utilizzare una combinazione di rapporti adatta a una maggiore velocità (rate of motion) per raggiungere una velocità elevata senza dover pedalare centinaia di volte al minuto. Un vantaggio meccanico in termini di velocità si ottiene quando un ingranaggio più grande aziona un ingranaggio più piccolo. Nel contesto di una bicicletta, ciò accade quando la dimensione della corona anteriore più grande è abbinata al pignone o al pignone posteriore più piccolo.

Avere un vantaggio meccanico quando si pedala consente ai ciclisti di ottenere il massimo dalla quantità di energia che esercitano. Un vantaggio meccanico può essere applicato in molte situazioni diverse e diventare desiderabile quando si progetta un robot per una competizione.