L'effetto suolo spiegato | F1 2022 Aerodinamica Venturi

La deportanza e l'effetto suolo spiegati

L'immagine sottostante mostra il forze principali che agisce su un aeromobile: ascensore (L "Ascensore"), resistenza (D "Drag"), peso (W "Peso") e spinta (T "Spinta"). V indica la direzione apparente del vento. Abbiamo parlato di resistenza aerodinamica e di portanza in un articolo dedicato. qui.

La procedura con cui l'aereo vola e l'auto da corsa, pur avendo un'alta velocità, rimane attaccata al terreno non è così semplice; molte forze agiscono sul ali dell'aereo e sui vari componenti dell'auto: la portanza e la forza-peso agiscono verticalmente, quindi la loro risultante permette di sollevare o abbassare il veicolo, mentre la resistenza e la spinta del motore agiscono orizzontalmente, quindi la loro risultante permette al veicolo di andare più veloce o più lento.

Forze aerodinamiche

Le forze aerodinamiche che agiscono su un aereo

Come si genera la deportanza? Non solo l'effetto suolo.

Sollevare non è sempre opposto alla forza-peso, ma è può seguire qualsiasi direzione. Infatti, nel moto di crociera degli aerei la portanza ha generalmente la stessa direzione del peso e in direzione opposta, ma quando l'aereo sale o scende di quota, o quando compie una virata, la portanza si inclina rispetto alla verticale. In alcune manovre acrobatiche, la portanza può assumere la stessa direzione della forza-peso. In questo caso il termine deportanza viene utilizzata. Questa forza viene sfruttata soprattutto nel settore automobilistico, quando le vetture raggiungono velocità elevate, per garantire la adesione dei pneumatici a terra.

L'idea è quindi quella di aumentare questa forza normale (chiamata componente aerodinamica) aggiungendola al componente statico, dato dal peso dell'auto.

Per ottenere questo effetto, sono stati utilizzati speciali gli alettoni sono applicati (sia anteriormente che posteriormente), che sfruttano lo stesso principio delle ali dell'aeromobile, ma nel di fronte direzione. Quando gli ingegneri di pista modificano l'incidenza degli alettoni, lo fanno per cambiare la deportanza in base alle caratteristiche della pista (tortuoso o meno), l'assetto richiesto o le condizioni ambientali del terreno (asciutto o bagnato).

Ala posteriore F1 angolo di attacco

Configurazioni alari della Ferrari F399 rispettivamente a Monza (pista veloce) e Montecarlo (pista lenta) .

Oltre a modificare l'impatto degli alettoni per variare il contributo della deportanza, un'altra metodo per aumentare la deportanza è quello di utilizzare un fondo piatto dell'auto insieme all'uso del cosiddetto minigonne e un estrattore posteriore (il noto diffusore posteriore), in modo da creare una depressione sotto l'auto accelerando il fluido tra il suolo e il fondo dell'auto rispetto a quello sovrastante, sempre secondo il principio di Bernoulli.

LEGGI: L'AERODINAMICA DI UN'ALA POSTERIORE DI F1 - CFD SPIEGATO NEL MOTORSPORT

L'effetto suolo spiegato

Questo stratagemma sfrutta l'effetto suolo, che consiste in una modifica del campo aerodinamico intorno al corpo quando si muove vicino al suolo, e nella corrispondente variazione delle forze aerodinamiche ad esso applicate.

L'effetto suolo spiegato

Downforce: l'effetto suolo

Avvicinandosi a questo corpo al suolo il campo aerodinamico è non più perfettamente simmetrico: una frazione aumenta gradualmente in alto con una velocità minore (quindi una pressione maggiore) mentre una percentuale minore passa in basso, con una velocità maggiore (e una pressione minore). Nelle auto da corsa, invece, è necessario creare deportanza e, per ottenerla dall'effetto suolo, occorre cambiare la forme delle appendici in modo che un flusso d'aria passi sotto l'auto con una velocità superiore a quella che passa sopra l'auto.

Flusso d'aria in un'auto simile alla F1

Flusso d'aria in un'auto simile alla F1

Downforce ed effetto suolo nel Motorsport. Il fondo piatto e il rischio di decollo.

In generale, il vantaggio aerodinamico della deportanza si verifica principalmente nelle curve, dove le forze d'inerzia che causano le forze centrifughe tendono a rendere instabili sia la traiettoria che la presa; in questo caso quindi un aumento del peso totale della vettura riesce a mantenerla più aderente o appiattita a terra. Guadagna anche in stabilità sul rettilineo: senza l'alettone posteriore la vettura sarebbe rischio di decollo. Tuttavia, l'inconveniente più comune è che più aumenta l'incidenza degli alettoni, e quindi in generale il carico aerodinamico e l'aderenza, più aumenta il carico aerodinamico e l'aderenza. più la forza di resistenza aerodinamica aumenta con la diminuzione delle velocità massime nei tratti rettilinei.

Sottoscocca piatto F1

Esempio di sottoscocca piatto in una F1 vecchio stile

L'elevato rischio di "decolli" dovuti alla progettazione di auto a fondo piattoTuttavia, ha improvvisamente "portato gare di volo più vicino...". Siamo quindi passati a fondi a gradini, più sicuri ed efficienti.

decollo Nurburgring

Esempi di decollo nel Motorsport

Come funziona il canale Venturi nella F1 2022.

L'effetto Venturi spiegato in F1.

Il cosiddetto "Effetto Venturi".è un principio fisico secondo il quale un fluido che si muove all'interno di un condotto aumenta o diminuisce la sua pressione in funzione della sua velocità.
Questa caratteristica è stata scoperta nel XIX secolo dal fisico italianoGiovanni Battista Venturi, durante una ricerca sumeccanica dei fluidi,ed è ancora oggi utilizzato come uno dei metodi più comuni per misurare la velocità (tubo di Venturi).

Quando un fluido scorre all'interno di un condotto che non presenta alcuna perdita, il fluidomantienela sua costante di massa (detta ancheprincipio di conservazione della massa).
Poiché stiamo parlando di un fluido in movimento, possiamo estendere il principio di conservazione della massa al flusso del fluido; quindi, se misuriamo 50 m^3/h di aria all'ingresso del condotto, misureremo lo stesso valorealla sezione di uscita.

Se immaginiamo che il condotto non abbia una sezione costante, il fluido che lo attraversa saràcambiare la sua velocitàin base alla sezione di passaggio in cui si trova.
È facile immaginare quanto segue: se un certo flusso d'aria Q ̇, che è costante, sta attraversando una grande apertura A0 la sua velocità v0 sarà ridotta, mentre se lo stesso flusso d'aria Q ̇ I attraversa un'apertura più piccola A1 la sua velocità v1 saràpiù alto.

formula della velocità

Come funziona l'effetto suolo in F1 2022 - tunnel venturi_canale jpg

Se all'interno del condotto non c'è un dispositivo in grado di fornire energia al fluido, in base al principio di conservazione dell'energia, anche questo valore saràrimangono costantitra l'ingresso e l'uscita del condotto.

LEGGI: STORIA DELLA F1 AERODINAMICA

Per spiegare meglio questo principio è necessario considerare il fluido che si muove all'interno del condotto come unfluido idealee applicare ad esso ilPrincipio di Bernoullicioè: la somma dell'energia cinetica (contributo fornito dalla velocitàvdel fluido), l'energia potenziale (contributo fornito dalla variazione di altezza) e l'energia potenziale (contributo fornito dalla variazione di altezza).hdel fluido) e la pressioneprimangono costanti lungo il condotto.

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F1 2022 effetto suolo - tunnel di Venturi spiegato

Ma il ritorno all'effetto suolo nel 2022 non sarà un cambiamento così grande come suggeriscono queste cifre e non sono convinto che vedremo una differenza significativa.

In generale, le modifiche aerodinamiche sono state concepite principalmente per ridurre la turbolenza, in altre parole per migliorare la scia lasciata dietro una vettura. Tutte le piccole pale e gli aggeggi che abbiamo visto nelle ultime stagioni contribuiscono a migliorare i livelli di deportanza della vettura su cui sono montati, ma generano un flusso d'aria sporco per chi cerca di seguirli.

I nuovi regolamenti si concentrano su superfici aerodinamiche più pulite, che dovrebbero generare meno turbolenze. Il problema è che anche la vettura che segue ha superfici aerodinamiche più pulite e meno aggressive da cui generare deportanza, per cui potrebbe facilmente verificarsi una situazione di "catch-22". Questo perché significa meno turbolenza da parte della vettura di testa, ma anche meno deportanza da parte della vettura che segue.

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