L’AERODINAMICA DELLA FORMULA 1: Effetti inaspettati sugli alettoni

Nel capitolo che segue, voglio soffermarmi su un interessante risvolto derivante dallo studio della pressione totale e lo vorrei fare dopo aver ripassato i principali aspetti studiati negli scorsi capitoli.

è stato discusso l’andamento della pressione attorno ad una vettura ed è stato introdotto il concetto di punti di arresto del flusso. Riprendendoli brevemente, abbiamo scoperto che I punti di arresto del flusso sono aree in cui la superficie della macchina è posta perpendicolarmente alla corrente. L’aria che raggiunge queste zone, urta violentemente contro le pareti dell’auto e perde tutta la velocità che possedeva.

La conseguenza di questo fatto, compreso grazie alle conoscenze teoriche riguardanti il tubo di Venturi, è un incremento della pressione a seguito di una riduzione di velocità. ( Infatti, pressione e velocità sono legate tra loro. È possibile rileggere la spiegazione teorica al seguente LINK    )

Inserisco inoltre il link all’articolo in cui si parla del concetto di “pressione totale”.   LINK

Il risultato finale della serie di nozioni tecniche è stato un semplice schema rappresentante il funzionamento di un alettone posteriore, montato su una vettura di F1 in moto ad alte velocità.

Dopo una rapida descrizione dell’immagine, inizierà una descrizione di come è possibile ottenere un flusso d’aria ed un andamento delle pressioni di questo tipo.

Nell’immagine sono presenti:

  • Pallini rossi: altissima pressione
  • Pallini arancioni: alta pressione
  • Pallini gialli: media pressione
  • Pallini verdi: bassa pressione
  • Pallini azzurri: bassissima pressione
  • Linee sottili: traiettoria della corrente d’aria
  • Linea spessa e tratteggiata: rappresentazione del tubo di Venturi virtuale, utile a capire dove il flusso acquista velocità e dove la perde.

Un tipo di disegno come quello rappresentato in precedenza potrebbe trarre in inganno: potreste chiedervi come mai il flusso in ingresso sull’alettone non è dritto, ma curvo e in arrivo dall’alto.

A conti fatti, potrebbe sembrare molto più logica una rappresentazione come quella che segue, dove il flusso di aria arriva dritto verso l’ala, mantenendo la sua direzione parallela al suolo.

dato che così non è, bisogna chiedersi quale è il principio fisico che manca all’appello per trasformare l’ultimo schema visibile, con linee di flusso orizzontali, in quello che presenta linee di flusso curve.

 

La particolarità che deve essere presa in considerazione è la seguente: la propagazione della pressione. Si conosce il comportamento della pressione in un fluido e si sa che questa propaga nell’ambiente, uniformandosi in ogni punto. Grazie a questo principio, quando si gonfia la ruota della bicicletta, la pressione non si ferma solo nei  pressi della valvola pneumatica, ma si distribuisce uniformemente all’interno di tutta la camera d’aria.

Chiediamoci allora, quale è la velocità di propagazione della pressione. La risposta è particolarmente intuitiva: la pressione propaga all’interno del fluido con la velocità del suono. A ben pensarci, proprio il suono risulta essere un onda di pressione. Quando parliamo, facciamo vibrare le corde vocali che muovendosi, urtano le molecole di aria circostanti aumentandone la pressione.

Assodato il fatto che la pressione si muove all’interno di un fluido con la stessa velocità del suono, 1200kmh, è possibile confrontare questo valore con i valori di velocità media di una vettura di formula 1, ben più bassi.

Considerando che anche per le auto delle scuderie più forti, le velocità medie si attestando attorno ai 200kmh è notabile una elevata differenza con la velocità che invece ha la pressione nel propagare nell’ambiente circostante.

La conseguenza è la seguente: quando sopra l’alettone si genera un’area in cui l’aria è maggiormente pressata, questo incremento di pressione propaga a destra, a sinistra, in alto, in basso e anche verso l’anteriore!

Se una F1 percorre un tratto di pista a 200kmh e la velocità del suono si attesta sui 1200kmh, la differenza tra le due velocità è di ben 800kmh. In questo modo la pressione non ha problemi a dirigersi anche verso l’anteriore della vettura.

In questo senso, notiamo un interessantissimo effetto: l’aria in arrivo incontra una pressione maggiore sopra l’alettone, ma prima di incontrare realmente l’elemento coinvolto. La corrente che prima di raggiungere la superficie deportante percepisce maggiore pressione sul lato superiore dell’ala, devia verso zone con pressione più bassa. Ecco quindi il risultato schematizzato nella figura che segue.

Otteniamo in questo modo lo schema finale, con linee di corrente che entrano sull’alettone con traiettorie curve. Comprendiamo in questo modo una ulteriore conoscenza riguardo alla teoria dell’aerodinamica: La propagazione della pressione. Questa conoscenza, ci tengo a specificarlo, si applica a tutto: allo spostamento d’aria attorno agli pneumatici, agli alettoni, alle pance e alle prese d’aria. Si applica anche al casco del pilota. In pratica, possiamo affermare che si applica laddove le velocità del mezzo sono più basse della velocità del suono e quando il mezzo, con le sue forme, impone deviazioni al percorso del flusso. Scoperto un ulteriore aspetto che regola la fisica delle vetture più celebri del mondo, vi invito a commentare e a scrivere qualsiasi dubbio o commento! Continuate a seguirci! A presto!

Da Alberto Aimar.