چرا خودروهای فرمول یک پرواز نمیکنند؟
شاید عجیب به نظر برسد، اما بخش بزرگی از فناوریهایی که امروز در سریعترین خودروهای مسابقهای جهان استفاده میشوند، ریشه در همان علمی دارند که هواپیماهای مسافربری، جنگندههای مافوق صوت و حتی فضاپیماها را به حرکت درمیآورد؛ یعنی آیرودینامیک.
به گزارش گروه علم و تکنولوژی چندثانیه آنلاین: اگر برای اولین بار یک خودروی فرمول یک را از نزدیک ببینید، احتمالاً اولین چیزی که توجهتان را جلب میکند، بالههای بزرگ جلو و عقب، بدنه بسیار باریک و شکل عجیب آن است. شاید این سؤال برایتان پیش بیاید که چرا یک خودروی مسابقهای باید اینهمه قطعات شبیه هواپیما داشته باشد؟
پاسخ ساده است؛ فرمول یک، بیش از آنکه یک خودروی مسابقهای باشد، یک هواپیماست که اجازه پرواز ندارد.
شاید عجیب به نظر برسد، اما بخش بزرگی از فناوریهایی که امروز در سریعترین خودروهای مسابقهای جهان استفاده میشوند، ریشه در همان علمی دارند که هواپیماهای مسافربری، جنگندههای مافوق صوت و حتی فضاپیماها را به حرکت درمیآورد؛ یعنی آیرودینامیک.
اما تفاوت مهم اینجاست که مهندسان هوانوردی تلاش میکنند هواپیما را از زمین بلند کنند، در حالی که مهندسان فرمول یک دقیقاً برعکس عمل میکنند؛ آنها میخواهند خودرو را با بیشترین نیرو به سطح پیست بچسبانند.
این نبرد با قوانین فیزیک، یکی از پیچیدهترین شاخههای مهندسی جهان را به وجود آورده است.
همه چیز از برنولی آغاز میشود
یکی از مهمترین اصول آیرودینامیک، قانون برنولی است؛ قانونی که میگوید هرچه سرعت جریان هوا بیشتر شود، فشار آن کمتر خواهد شد.
هواپیماها از همین اصل استفاده میکنند. شکل بال باعث میشود هوا روی سطح بالایی سریعتر حرکت کند و فشار کاهش یابد، در حالی که زیر بال فشار بیشتری وجود دارد. همین اختلاف فشار، نیروی «برا» یا Lift را ایجاد میکند و هواپیما از زمین بلند میشود.
اما در فرمول یک، همین معادله کاملاً برعکس استفاده میشود.
بالههای جلو و عقب به گونهای طراحی شدهاند که فشار کمتر در زیر بال و فشار بیشتر در بالای آن ایجاد شود. نتیجه، نیرویی است که خودرو را به زمین فشار میدهد؛ نیرویی که آن را Downforce مینامند.
این نیرو در سرعتهای بالا آنقدر زیاد میشود که یک خودروی فرمول یک میتواند چند برابر وزن خودش به سمت زمین فشرده شود.
داونفورس؛ چسب نامرئی خودرو
اگر تایرها تنها به وزن خودرو متکی بودند، هیچ رانندهای نمیتوانست پیچها را با سرعت بیش از ۲۵۰ یا ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت طی کند.
اما داونفورس داستان را تغییر میدهد.
در سرعتهای بالا، مجموع نیروی آیرودینامیکی واردشده به خودرو میتواند از وزن خود خودرو نیز بیشتر شود. این یعنی هرچه خودرو سریعتر حرکت کند، چسبندگی آن نیز بیشتر میشود.
به همین دلیل است که رانندگان فرمول یک، پیچهایی را با سرعتهایی پشت سر میگذارند که برای خودروهای معمولی تقریباً غیرممکن است.
فقط بالها کار نمیکنند
برخلاف تصور بسیاری از مردم، تنها بالههای جلو و عقب مسئول تولید داونفورس نیستند.
تقریباً تمام سطح خودرو بخشی از سیستم آیرودینامیکی محسوب میشود.
دماغه خودرو...
کف خودرو...
دیفیوزر...
کنارههای بدنه...
ورودیهای هوا...
آینهها...
سیستم تعلیق...
حتی کلاه ایمنی راننده نیز در تونل باد طراحی میشود.
هر میلیمتر از این خودرو برای هدایت دقیق جریان هوا ساخته شده است.
اثر زمین؛ راز بزرگ فرمول یک
یکی از مهمترین فناوریهای فرمول یک Ground Effect یا اثر زمین است.
در زیر خودرو کانالهایی به نام Venturi قرار دارد.
وقتی خودرو با سرعت حرکت میکند، هوا با سرعت بسیار زیاد از این کانالها عبور میکند.
سرعت بیشتر یعنی فشار کمتر.
کاهش فشار باعث میشود خودرو مانند یک مکنده عظیم به سطح آسفالت کشیده شود.
این فناوری بدون افزایش وزن خودرو، چسبندگی فوقالعادهای ایجاد میکند و دلیل اصلی بازگشت دوباره خودروهای نسل جدید فرمول یک به طراحی Ground Effect نیز همین موضوع است.
دشمن شماره یک؛ مقاومت هوا
هرچه سرعت خودرو بیشتر شود، مقاومت هوا نیز بهشدت افزایش پیدا میکند.
در سرعتهای بالای ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت، بخش بزرگی از توان موتور صرف غلبه بر همین مقاومت میشود.
به همین دلیل سیستم DRS طراحی شد.
با باز شدن بخشی از بال عقب، مقاومت هوا کاهش پیدا میکند و خودرو میتواند در مسیرهای مستقیم چندین کیلومتر بر ساعت سریعتر حرکت کند.
رانندگان تنها در مناطق مشخصی از پیست اجازه استفاده از این سیستم را دارند؛ زیرا کاهش داونفورس در پیچها میتواند بسیار خطرناک باشد.
تونل باد؛ جایی که خودرو قبل از مسابقه متولد میشود
هیچ قطعهای مستقیماً وارد پیست نمیشود.
قبل از آن، ساعتها در تونل باد آزمایش میشود.
در این آزمایشها، مدلهای خودرو در معرض جریان هوایی قرار میگیرند که شرایط واقعی مسابقه را شبیهسازی میکند.
حسگرهای فوقدقیق، کوچکترین تغییر فشار، گردابه و جریان هوا را ثبت میکنند.