MINIGONNE

…l’imPORTANZA delle CURVE…

_{Nicola Fruet - Coltellinaio per passione - Trentino - Italy}

_{…che ogni tanto (ultimamente spesso…) esce dal suo seminato.}

_{IMMAGINE DI COPERTINA CC by 3.0 - WIKIPEDIA Autore Kirill Sogomonov}

Ammettetelo!! Vi ho fregati tutti! Credevate di trovare un post che parlasse delle minigonne delle ragazze… e invece…

EFFETTO SUOLO

Le performance delle macchine di F1 hanno sempre avuto un aumento delle prestazioni, sia in termini di potenza che di miglioramento dei tempi sul circuito, sempre tenuto conto delle normative della FIA del periodo. Ma cosa strana è che la velocità massima raggiunta da questi bolidi non è cresciuta di molto, bene o male le velocità massime delle vetture sui rettilinei dei circuiti non sono cambiate. Ma allora dove riescono a migliorare i tempi sul giro? Lo sforzo maggiore per migliorare le prestazioni, è sempre stato di aumentare la velocità in curva. Con tutte le conseguenze che ne comporta.
Gli ingegneri sanno benissimo che all’aumentare della velocità in curva aumenta anche al forza centrifuga, e bisogna contrastare tale forza per mantenere la macchina sulla pista.

Come vediamo dalla formula precedente, la forza è direttamente proporzionale alla massa (peso del veicolo), al quadrato della sua velocità e inversamente proporzionale al raggio di curvatura. Questo vuol dire che a parità di macchina e sulla stessa curva, se io volessi aumentare la velocità da 30Km/h a 60Km/h, mi ritrovo a dover gestire una forza centrifuga di quattro volte maggiore.

_{FORZA CENTRIFUGA TENDE A PORTARE LA MACCHINA VERSO L’ESTERNO DELLA CURVA– Immagine in CC0 modificata dall’autore Pixabay}

Vediamo come è nata l’idea di utilizzare le minigonne per aumentare le prestazioni delle macchine di F1.

ABBIAMO SBAGLIATO PAGINA! E’ AL CAPITOLO DI BERNOULLI CHE DOBBIAMO VEDERE!

Questo, a modo mio, è la sintesi della chiacchierata tra Colin Chapman, Peter Wright e Tony Rudd [1] dopo il test nella galleria del vento dell'Imperial College nel 1976. In quell’anno la Lotus fece dei test nella galleria del vento e provarono ad applicare delle appendici laterali alla macchina di F1. L’intento era di creare una ala rovesciata, infatti all’inizio l’idea era quella di aumentare la DEPORTANZA della macchina applicando una forma particolare del fondo della macchina utilizzando le stesse leggi della fisica che fanno si che l’aereo voli. Come la differenza di velocità dell’aria tra sopra e sotto l’ala di un velivolo porti a vincere la forza di gravità, allo stesso modo se io rovescio il profilo alare creerò una forza diretta verso il basso che mi aumenterà la deportanza della macchina e quindi potrò affrontare la curva molto più velocemente.

_{PROFILO ALARE, L’ARIA SOPRA L’ALA HA VELOCITA’ MAGGIORE DI QUELLA SOTTO, IL FENOMENO FISICO CREA UNA DIFFERENZA DI PRESSIONE– Immagine in CC0 WIKIPEDIA}

Al modello di prova nella galleria del vento oltre al ricreare una forma di ala rovesciata, furono applicate delle appendici verticali in compensato che sfioravano quasi il suolo (il bordo era alto circa 2.5cm dal suolo). Al comando “wind on” (accensione della galleria del vento) e al raggiungimento di una certa velocità dell’aria, notarono che le appendici laterali si collassarono! Dato il materiale (compensato) piuttosto flessibile e con una relativa resistenza meccanica, al passaggio dell’aria in questo tunnel hanno fatto si che le appendici si sono deformate verso l’interno fino a rompersi. Se all’inizio sembrava un test andato male, in realtà fu l’inizio dello sviluppo della aerodinamica delle F1 delle minigonne.

_{SCHEMA SEZIONE SISTEMA TUNNEL EFFETTO VENTURI – Immagine in CC BY-SA 3.0 WIKIPEDIA secondo gli schemi di progettazione di Colin Chapman per la Lotus 79, Autore MagentaGreen}

_{SCHEMA SEZIONE SISTEMA TUNNEL, LE PARTI IN VIOLA SONO LE MINIGONNE Immagine in CC BY-SA 3.0 WIKIPEDIA secondo gli schemi di progettazione di Colin Chapman per la Lotus 79, Autore MagentaGreen}

Ecco come l’intuizione di usare un profilo alare “chiuso” e alla successiva prova pratica, sconvolse ciò che era progettato. Infatti Colin Chapman, Peter Wright e Tony Rudd si aspettavano di trovare un risultato diverso ma la presenza del suolo e le bandelle laterali ha cambiato il tutto. All’inizio i calcoli si riferivano appunto alla deportanza del solo profilo alare, mentre nella realtà c’è da considerare anche il suolo e la chiusura di questo “tunnel”. Ecco che le cose cambiano… mentre prima i calcoli erano basati sul profilo alare ora con i dati di prova ci si trovava di fronte a un condotto chiuso a sezione variabile… e qua centra Bernoulli e l’effetto Venturi.
Come vediamo nello SCHEMA SEZIONE (prima figura), il funzionamento di tale fenomeno è dovuta all’aria che entra dalla parte frontale ad una certa velocità (che se siamo in aria calma corrisponde alla velocità della macchina), quando incontra la sezione più stretta l’aria è costretta ad aumentare la velocità. Infatti secondo la legge di Bernoulli la portata (dimensione del condotto per la velocità) rimane uguale, ma visto che si riduce l’area (la dimensione del condotto) l’aria non può far altro che aumentare la velocità. In questa strozzatura abbiamo un fenomeno di depressione, la forza generata dalla differenza di velocità tra i due fluidi (quello all’interno del condotto e quello che sta esterna condotto) genera deportanza, spinge la macchina verso il suolo. La prima F1 che adottò tale sistema fu la Lotus 78, che adottava appunto questa particolare appendice ai lati della vettura… le minigonne.

_{LOTUS 78 – Immagine in CC BY-SA 3.0 WIKIPEDIA Formula One 2010 Rd.16 Japanese GP: Takuma Sato demonstrating the Lotus 78, Autore Morio}

PROBLEMI DELLE MINIGONNE

Se da un punto di vista aerodinamico la soluzione delle minigonne era una manna dal cielo, dall’altra parte ha creato una serie di problemi. Il sistema funziona, è particolarmente efficace e addirittura su alcuni modelli provati in galleria del vento praticamente cedevano (collassavano) per quanta forza riusciva a generare il sistema. Il primo problema era riuscire a compensare tale forza con un telaio sufficientemente rigido. Anche le sospensioni si sono dovute trasformare più in un sistema rigido e indeformabile che in un sistema ammortizzante. Tutte queste modifiche, per far si che il sistema fosse funzionale, ha generato una serie di problemi di guidabilità della vettura. Praticamente il pilota impostata la curva non poteva in nessun modo correggere la traiettoria da quanto la macchina era vincolata su dei binari, le velocità in curva erano sbalorditive per l’epoca. Va da se, che se il pilota doveva per qualche motivo correggere la traiettoria, non era in grado di farlo.

Ben presto il sistema era stato classificato come pericoloso!

Le motivazioni sono semplici, se per qualche motivo questi tunnel ad effetto Venturi non si trovano in un sistema “sigillato”, perde totalmente la sua efficacia. Basta pensare in situazioni in cui il pilota commette un piccolo errore di impostazione della curva e va a colpire un cordolo… per via della sua velocità in curva, generata proprio dalle minigonne, in tempo zero il sistema non genera più deportanza proprio per il fatto che le minigonne non hanno più una ridotta distanza dalla superficie e quindi non si trova in quella condizione di sigillatura. La macchina non ha più quell’equilibrio di forze fra centrifuga, deportanza, attrito generato dalle gomme, … la macchina letteralmente vola. Le cause possono essere generate anche da corpi estranei in pista, come potrebbe essere una rottura da parte di una monoposto che ti precede, un pezzo estraneo si infila sotto e le minigonne non “lavorano” più.
Purtroppo si sono verificati incidenti mortali. La morte di Patrick Depailler in occasione di una sessione di test sul circuito di Hockenheim il 1º agosto 1980 (anche se ufficialmente per cause non del tutto chiarite). Fra i campionissimi abbiamo Gilles Villeneuve durante le qualifiche del GP del Belgio nel 1982 a bordo della Ferrari 126 C2. Villeneuve si trovò improvvisamente di fronte una monoposto più lenta all’uscita da una curva, per una mal interpretazione delle traiettorie da una parte e dall’altra e per il fatto di trovarsi su una rotaia lo schianto fu inevitabile, la monoposto del canadese letteralmente decollò…
Da quel tragico incidente cambiarono le regole delle monoposto, l’anno successivo (1983) vide quindi la scomparsa delle minigonne. La F1 comunque non si ferma, la continua evoluzione tecnologica e di ricerca fa si che ogni anno i limiti e i record vengono superati.

BIBLIOGRAFIA E RIFERIMENTI

Post liberamente tratto da: L’effetto suolo in formula 1 da questo link

[1]
Anthony Colin Bruce Chapman (Richmond, 19 maggio 1928 – Norwich, 16 dicembre 1982) è stato un ingegnere, pilota automobilistico e imprenditore britannico noto soprattutto per aver fondato la casa automobilistica Lotus Cars. Fonte Wikipedia
Anthony Cyril Rudd (8 March 1923 – 22 August 2003) was an engineer involved in aero engine design and motor racing, with particular associations with BRM and Lotus. Fonte Wikipedia
FORZA CENTRIFUGA riferimenti WIKIPEDIA
EQUAZIONE DI BERNOULLI riferimenti WIKIPEDIA
EFFETTO VENTURI riferimenti WIKIPEDIA

_{Immagine CC0 Creative Commons, si ringrazia @mrazura per il logo ITASTEM. CLICK HERE AND VOTE FOR DAVINCI.WITNESS}

Bellissimo post, bell'introduzione e complimenti, secondo me hai messo giù il post in maniera perfetta in tempistica delle spiegazioni. Scorrevole e dettagliato.

Ho seguito un seminario di un mio esercitatore di fisica tecnica sul volo degli aerei. Spiegato molto bene. Il concetto dell'ala è una cosa sottile da capire fisicamente. Le differenze di velocità creano una depressione sopra l'ala che "tira in su" l'aereo. Altrettanto affascinanti da analizzare sono le turbolenze create nell'aria dal movimento di corpi come aerei, veicoli da terra.
La conformazione del veivolo crea due vortici simmetrici dietro l'aereo creando un flusso d'aria che andrà verso l'alto vicino agli estremi delle ali e al contrario dietro e centralmente.
Possiamo notare come i caccia in formazione volino a piramide, quello è perchè il flusso d'aria che va verso l'alto permette loro di risparmiare carburante e alternarsi alla guida del gruppo.
Tutto questo è stato scoperto grazie all'attenta osservazione degli uccelli migratori.. stesso principio, si danno il cambio sulla punta della "piramide".

Daedevils

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