Formula Uno: la scienza, l'ingegneria e l'innovazione dietro la velocità

Morio/Wikimedia Commons

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Ogni anno, venti piloti e dieci squadre gareggiano per essere incoronati campioni del mondo. Questa è la corsa di Formula 1 riassunta in una riga.

La Formula Uno, o F1, è una sensazione mondiale. Milioni di persone da tutto il mondo guardano questo sport per molte ragioni. Una delle cose più affascinanti di questo sport è la velocità e l'agilità delle vetture di F1. Le auto da corsa possono raggiungere una velocità di 350 km/h!

Sebbene sia divertente guardare i piloti competere tra loro per la posizione vincente, la scienza, l'ingegneria e l'innovazione dietro la costruzione dell'auto sono altrettanto affascinanti (se non di più!).

Qui proviamo a comprendere i vari fattori ingegneristici che contribuiscono alla velocità delle auto di F1, tra cui l'aerodinamica, la potenza del motore e altre tecniche ingegneristiche innovative. Ogni team di F1 si impegna a ottimizzare le prestazioni delle proprie vetture in queste aree per ottenere un vantaggio competitivo rispetto ai rivali.

Quindi entriamo nel vivo!

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Il flusso d'aria gioca un ruolo cruciale nella progettazione delle vetture di F1, date le elevate velocità che raggiungono. Pertanto, l’aerodinamica di una vettura di F1 è importante tanto quanto il motore (di cui parleremo nella sezione successiva).

Ci sono tre cose principali in cui l’aerodinamica aiuta: ridurre la resistenza, generare deportanza e ridurre al minimo la portanza. Questo viene fatto controllando il design delle caratteristiche aerodinamiche, come le ali anteriori e posteriori, i bargeboard e i diffusori.

La resistenza è un tipo di resistenza dell'aria che riduce la velocità dell'auto mentre si muove. Agisce in modo opposto al moto relativo del veicolo rispetto all'aria. Pensa agli uccelli; hanno corpi aerodinamici che riducono la resistenza e consentono loro di volare in modo più efficiente. È lo stesso con le auto di F1.

La carrozzeria dell'auto è stata aerodinamica levigando i contorni della carrozzeria, riducendo al minimo gli spigoli vivi e riducendo l'area frontale dell'auto, il che aiuta a ridurre la turbolenza e la resistenza.

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Le caratteristiche aerodinamiche aiutano anche a ridurre al minimo la portanza, ovvero la forza verso l'alto che agisce sull'auto mentre si muove. Misura la differenza di pressione sopra e sotto il veicolo mentre si muove nell'aria circostante. La quantità di portanza dipende principalmente dalla forma e dall'orientamento della carrozzeria dell'auto.

Le ali anteriori e posteriori lavorano in tandem con i diffusori sotto la vettura per creare un'area di bassa pressione, generando deportanza. La deportanza contrasta la portanza per aumentare l'aderenza e la stabilità del veicolo, consentendo al conducente di svoltare in curva a velocità più elevate senza perdere il controllo.

I team utilizzano le gallerie del vento per testare varie forme e design della carrozzeria per ridurre al minimo la resistenza e massimizzare la deportanza (sebbene la velocità utilizzata nei test nella galleria del vento sia limitata a un massimo di 180 km/h, il che non consente loro di testare tutti gli aspetti della vettura). prestazioni al massimo e ci sono limiti su quanto tempo può essere trascorso nella galleria del vento, in base al piazzamento della squadra nell'ultima stagione).

Questi test nella galleria del vento aiutano i team a ottimizzare le caratteristiche aerodinamiche della vettura per migliorare le prestazioni in pista prima di ogni stagione di gare.

I motori utilizzati in F1 sono apparecchiature molto sofisticate e ovviamente svolgono un ruolo importante nella velocità e nelle prestazioni della vettura.

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Le regole della F1 stabiliscono le specifiche del motore. Dal 2014, i motori della F1 devono essere motori V6 ibridi a quattro tempi con una cilindrata di 1,6 litri e un turbocompressore per aumentare la potenza (con alesaggio di 80 mm e corsa di 53 mm). Il turbocompressore spinge più aria nel motore, il che si traduce in più potenza. Ciò si ottiene utilizzando i gas di scarico per far girare una turbina, che alimenta un compressore che spinge più aria nel motore.

La potenza prodotta da un motore di F1 dipende dalla sua velocità di rotazione e dal 2021 questa è limitata a 15.000 rotazioni al minuto (rpm). In confronto, una vettura stradale di dimensioni simili gira generalmente a circa 6.000 giri al minuto, la metà di quella di una vettura di F1!