Come funzionano le gomme in Formula 1? Temperatura, pressione e grip: tutti i segreti degli pneumatici

Gli pneumatici rappresentano uno degli elementi più importanti nella progettazione e nella gestione di una monoposto di Formula 1. Dalla temperatura di esercizio alla pressione di gonfiaggio, passando per la deformazione della carcassa e la generazione del calore, ogni dettaglio può influenzare direttamente le prestazioni della vettura.

Ma come funzionano davvero le gomme di una Formula 1? Perché devono raggiungere una determinata temperatura? E come fanno le squadre a sapere se uno pneumatico sta lavorando nella corretta finestra di funzionamento?

Per comprendere questi fenomeni bisogna entrare nel mondo dell’ingegneria degli pneumatici, dove modelli matematici, simulazioni e dati acquisiti durante le prove e le gare permettono ai tecnici di studiare il comportamento delle gomme in ogni condizione.

Pneumatici Formula 1: perché temperatura e pressione sono fondamentali

Le gomme non sono semplicemente un elemento di contatto tra la monoposto e l’asfalto. Rappresentano una parte fondamentale della dinamica del veicolo, perché attraverso la loro impronta a terra vengono generate le forze necessarie per accelerare, frenare e affrontare le curve.

Ogni squadra dispone di gruppi di progettisti specializzati nello studio del comportamento degli pneumatici. Il loro lavoro consiste nello sviluppare modelli matematici capaci di descrivere le forze e i momenti che si generano durante il contatto tra gomma e superficie stradale.

Questi modelli prendono in considerazione numerose variabili, tra cui:

• Pressione di gonfiaggio.
• Temperatura dello pneumatico.
• Carico verticale.
• Angolo di deriva.
• Angolo di camber.
• Deformazione della carcassa.
• Caratteristiche della mescola.

L’obiettivo è comprendere come cambia il comportamento dello pneumatico al variare delle condizioni di utilizzo e individuare la configurazione che permette di ottenere il massimo rendimento.

Come si riscaldano le gomme in Formula 1?

Uno degli aspetti più interessanti riguarda proprio la generazione del calore.

Quando una monoposto percorre una curva, frena o accelera, gli pneumatici subiscono continue deformazioni. La struttura della gomma, composta da diversi materiali, non restituisce tutta l’energia ricevuta durante queste deformazioni.

Questo fenomeno fisico viene chiamato isteresi.

Una parte dell’energia meccanica viene dissipata sotto forma di calore, contribuendo ad aumentare la temperatura della carcassa e della mescola.

In Formula 1 questo processo è fondamentale: le forze laterali e longitudinali che agiscono sugli pneumatici durante la guida contribuiscono direttamente al loro riscaldamento.

Non è però l’unico meccanismo coinvolto.

Il contributo dei freni al riscaldamento degli pneumatici

Anche l’impianto frenante contribuisce alla gestione termica delle gomme.

Durante le frenate, i dischi raggiungono temperature molto elevate. Il calore può essere trasferito attraverso il cestello e il cerchio, contribuendo a riscaldare l’aria contenuta all’interno dello pneumatico e, successivamente, la struttura della gomma.

Si tratta di un processo importante perché permette alle squadre di intervenire indirettamente sulla temperatura degli pneumatici attraverso la gestione dell’impianto frenante e dei flussi termici.

Il riscaldamento delle gomme è quindi il risultato di diversi fenomeni fisici che agiscono contemporaneamente.

Pressione gomme F1: perché quella a freddo è così importante?

La pressione degli pneumatici è uno dei parametri più delicati nella preparazione di una monoposto.

Pirelli, in qualità di fornitore ufficiale, stabilisce delle pressioni minime che tutte le squadre devono rispettare per garantire l’integrità strutturale degli pneumatici e la sicurezza.

All’interno di questi limiti, i team devono individuare le pressioni iniziali più adatte alle condizioni della pista e al comportamento previsto delle gomme.

La pressione a freddo non è un valore scelto casualmente. Viene determinata attraverso simulazioni e analisi dei dati, considerando la temperatura dell’asfalto, quella ambientale e la dinamica di riscaldamento prevista durante i primi giri.

Partire con una pressione iniziale più bassa può richiedere più tempo per raggiungere il valore operativo desiderato. Una pressione iniziale più elevata, invece, può consentire di raggiungere più rapidamente determinate condizioni di funzionamento.

La difficoltà consiste nell’individuare il giusto compromesso.

Una pressione non correttamente calibrata può infatti modificare il comportamento dello pneumatico, influenzando la superficie di contatto con l’asfalto e quindi il livello di aderenza disponibile.

Impronta a terra e grip: dove nasce la prestazione

La superficie di contatto tra pneumatico e asfalto viene chiamata impronta a terra.

È proprio in questa piccola area che si generano le forze che permettono alla monoposto di muoversi e cambiare direzione.

La capacità dello pneumatico di produrre forze longitudinali e laterali determina il livello di grip disponibile durante le diverse fasi di guida.

In frenata entrano in gioco le forze longitudinali necessarie a rallentare la vettura. In accelerazione gli pneumatici devono trasferire la coppia motrice all’asfalto, mentre in curva devono generare le forze laterali necessarie a mantenere la traiettoria.

La pressione, la temperatura, il carico verticale e le caratteristiche della mescola influenzano tutte queste condizioni.

Ecco perché una gomma che non lavora nella corretta finestra di funzionamento può compromettere il comportamento complessivo della monoposto, anche quando il progetto aerodinamico e meccanico è particolarmente efficiente.

Sensori TPMS: come le squadre controllano le gomme in tempo reale

La gestione degli pneumatici in Formula 1 richiede una quantità enorme di dati.

Ogni ruota dispone di un sistema di monitoraggio della pressione e della temperatura, comunemente indicato con la sigla TPMS.

Come spiegato dall’ingegner Riccardo Romanelli, questi dispositivi trasmettono informazioni ai sistemi di acquisizione della monoposto attraverso una comunicazione wireless.

Tra i parametri monitorati troviamo:

• Pressione interna dello pneumatico.
• Temperatura dell’aria contenuta nella camera.
• Temperature rilevate attraverso sistemi a infrarossi in diversi punti del profilo dello pneumatico.

Il monitoraggio delle temperature permette agli ingegneri di comprendere meglio come si distribuisce il calore all’interno della gomma.

Questi dati vengono poi confrontati con altre informazioni provenienti dalla vettura, come i carichi verticali e il comportamento delle sospensioni.

In questo modo è possibile alimentare e aggiornare i modelli matematici utilizzati dai team per simulare il funzionamento degli pneumatici.

Il ruolo delle sospensioni e dell’aerodinamica

Il comportamento delle gomme non dipende soltanto dalla loro temperatura e dalla pressione.

Anche le sospensioni e l’aerodinamica contribuiscono a determinare il modo in cui il carico viene trasferito agli pneumatici.

La monoposto deve mantenere un equilibrio corretto tra asse anteriore e posteriore, evitando differenze eccessive di aderenza che possono provocare sovrasterzo, sottosterzo o instabilità durante le frenate.

Il carico aerodinamico, le variazioni di altezza da terra e il movimento delle sospensioni influenzano il carico verticale che agisce sulle gomme.

Inoltre, il profilo dello pneumatico rappresenta un elemento importante anche dal punto di vista aerodinamico. La sua geometria influenza i flussi che interagiscono con le superfici della vettura, in particolare nella zona dell’ala anteriore, del cerchio e dei condotti di raffreddamento dei freni.

È un esempio di quanto siano strettamente collegati i diversi sottosistemi di una Formula 1.

Perché la gestione degli pneumatici è una delle sfide più difficili della Formula 1

La prestazione di una monoposto non dipende esclusivamente dalla potenza del motore o dal carico aerodinamico.

Gli pneumatici rappresentano il punto di contatto tra tutta la tecnologia della vettura e l’asfalto. Se non riescono a lavorare nelle condizioni corrette, anche una monoposto molto competitiva può perdere una parte importante del proprio potenziale.

Le squadre devono quindi trovare un equilibrio tra pressione, temperatura, carico verticale, sospensioni e aerodinamica.

È un lavoro che richiede simulazioni, analisi dei dati e una conoscenza approfondita dei fenomeni fisici che governano il comportamento degli pneumatici.

La Formula 1 dimostra ancora una volta come anche il componente apparentemente più semplice possa nascondere una complessità ingegneristica straordinaria.

Guarda l’approfondimento tecnico con l’ingegner Riccardo Romanelli

Per approfondire il funzionamento degli pneumatici, il riscaldamento delle gomme, la pressione di gonfiaggio, i sensori TPMS e il rapporto tra grip e dinamica della monoposto, guarda la puntata 174 di Race Tech.

Nell’intervista con l’ingegner Riccardo Romanelli analizziamo questi fenomeni entrando nel dettaglio delle soluzioni tecniche e dei metodi utilizzati dalle squadre di Formula 1.

Guarda il video completo:

Come funzionano le gomme in F1? Temperatura, pressione e grip – Race Tech 174

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