Un oggetto può muoversi in linea retta solo quando le forze eventualmente agenti hanno una risultante che giace sulla traiettoria rettilinea che si vuole far percorrere all’oggetto. Può anche esserci assenza di forze (in tal caso si ha un moto rettilineo uniforme), ma sicuramente quello che deve accadere è che le componenti perpendicolari alla traiettoria devono annullarsi.
Se la traiettoria di un oggetto assume una curvatura vuol dire che stanno agendo sull’oggetto una o più forze la cui risultante ha una componente perpendicolare alla traiettoria. Questa componente perpendicolare è l’antagonista di quella che un osservatore solidale con l’oggetto percepisce come forza centrifuga.
Finché l’oggetto in questione è assimilabile ad un punto materiale questo non crea problemi.
Se invece abbiamo un oggetto esteso, la forza centrifuga ha come punto di applicazione il centro di massa dell’oggetto, mentre la reazione vincolare del terreno, che impedisce lo slittamento laterale, ha come punto di applicazione il punto di contatto tra oggetto e suolo. L’azione di queste due forze parallele ma non allineate tende a far ruotare l’oggetto verso l’esterno della curva, perchè la forza centrifuga e la forza peso (che sono applicate entrambe nello stesso punto) hanno una risultante che punta lontano dalla base di appoggio. In queste condizioni una moto o una bicicletta si ribalterebbero ad ogni curva. Per evitare questo è necessario quindi compensare questa forza centrifuga inclinandosi verso l’interno della curva, facendo in modo che la risultante tra peso e forza centrifuga punti verso la base di contatto con il suolo. Le due situazioni sono visualizzate in figura.
Dato che la forza centrifuga cresce con la velocità di percorrenza della curva è chiaro che la bicicletta o la moto devono essere tanto più inclinate quanto più la curva è affrontata velocemente. Questo è il motivo per cui quando si passeggia in bici l’inclinazione richiesta è di pochi gradi (tanto da essere quasi impercettibile), mentre i piloti del motomondiale devono inclinarsi anche oltre i 45 gradi per affrontare le curve senza dover ridurre la velocità.
Parlando con un linguaggio più legfato alla meccanica di Newton del corpo rigido il tutto è dovuto al fatto che quendo giriamo il manubrio applichiamo alla ruota un momento di forza perpendicolare al suolo, mentre il momento angolare della ruota è parallello al suolo (perchè gira su un piano perpendicolare al suolo). La variazione indotta dal momento delle forze al momento angolare provocherebbe una rotazione della bici (o moto) intorno al punto di appoggio, rotazione che porterebbe la bici (o moto) a inclinarsi verso l’esterno della curva. Con il movimento di compensazione si bilancia il momento che gira il manubrio e si evita quindi il ribaltamento.
Infine c’è da notare che questo fenomeno coinvolge ogni oggetto che percorre una traiettoria curva, anche le automobili. Infatti l’effetto è osservabile notando che l’auto si inclina (più o meno vistosamente a seconda della velocità) verso l’esterno di una curva a causa del fatto che gli ammortizzatori più esterni vengono sottoposti ad una maggiore compressione rispetto a quelli interni dovuta alla risultante tra forza centrifuga e forza peso che non è perpendicolare alla base di appoggio, ma punta comunque al suo interno, per cui l’automobile resta stabile anche senza operare compensazioni del tipo invece necessario per bici o moto.