L’AERODINAMICA DELLA FORMULA 1: Come funziona l’effetto Coanda.

Nel capitolo che segue, dopo le molte conoscenze oramai apprese, affrontiamo l’argomento dell’effetto Coanda.

Assieme agli effetti derivanti dal tubo di Venturi, già affrontato e rivisto molte volte (LINK ALL’ARTICOLO), l’effetto Coanda è il secondo grande giocatore che regola l’aerodinamica delle vettura di F1.

Ricordo che la spiegazione teorica che, come oramai avviene di norma, verrà seguita da una elencazione delle principali conseguenze pratiche sulle auto (nel prossimo articolo).

Coanda è il nome che viene dato al fenomeno fisico da parte dello scopritore, Henri Coandà e rappresenta la capacità di un fluido di rimanere aderente alle superfici di oggetti vicini anche quando in movimento.

Il nostro obiettivo nelle pagine che seguono è capire cosa questo possa davvero significare a livello pratico e capire la motivazione fisica per il quale il fenomeno avviene.

Per aiutarci nell’intento, useremo due strumenti tanto semplici quanto intuitivi: il cucchiaio ed il rubinetto. Questi oggetti verranno accostati a tre particolari caratteristiche che vedremo accadere simultaneamente nel flusso, per ottenere infine la spiegazione completa del fenomeno.

La prima cosa che è necessario fare con il cucchiaio è quella di porre il dorso a contatto con il getto di acqua. Accostando il cucchiaio tanto vicino alla corrente di acqua quanto necessario per permettere a questa di entrare in contatto con le superfici dell’oggetto, avvertiremo una forza di attrazione istantanea che porterà la posata ad avvicinarsi ulteriormente al getto. Una immagine renderà più chiara la situazione.

Cominciamo ad analizzare a questo punto quali sono le tre caratteristiche del flusso, per le quali è possibile ottenere l’effetto Coanda, ovvero, la capacità di un fluido di aderire alle superfici di un oggetto vicino (come osservabile nelle figure precedenti).

La prima particolarità è quella di essere in presenza di un flusso in movimento. Dai passati capitoli conosciamo gli effetti sulla pressione quando un flusso viene posto in movimento (grazie al concetto del tubo di venturi): quando una porzione di fluido viene accelerata è possibile misurare una pressione minore all’interno della porzione accelerata stessa. Per capire in breve perché questo accada, è possibile immaginare la pressione come un bacino di energia che viene convertita in energia cinetica (movimento) e quindi ridotta di una certa percentuale.

L’effetto che si genera dalla prima particolarità, un fluido in movimento su una parete curva, porta alla definizione della seconda caratteristica prevista per l’ottenimento dell’effetto Coanda. La superficie dell’oggetto è rugosa, come tutto in natura e per rugosa intendiamo con presenza di minuscole asperità che le molecole del fluido incontrano durante il loro cammino. In questo senso, la porzione di fluido più vicina alla superficie del cucchiaio tende ad essere rallentata.

Le linee di corrente appena adiacenti a quelle in contatto diretto con la superficie dell’oggetto, tendono ad essere rallentate pure loro.

Frenate, tendono a curvarsi su se stesse generando quella che potrebbe essere descritta a tutti gli effetti come una curva:

Tutto ciò porta alla creazione della terza caratteristica richiesta per descrivere a pieno l’effetto Coanda.

È infatti possibile affermare che nel momento in cui una sola delle due facce del cucchiaio viene permeata da un flusso in movimento, capace di aderire a pieno alla superficie, la faccia stessa è soggetta alla pressione della corrente.(Che abbiamo detto essere più bassa della pressione ambiente)

Su un lato del cucchiaio, di conseguenza, esiste una pressione che è attribuibile al passaggio delle molecole d’acqua in arrivo dal rubinetto.

Sappiamo, grazie all’effetto venturi, che la pressione di nostro interesse in questo momento è minore della pressione dell’ambiente circostante e che questa riduzione viene per forza di cose percepita dalla superficie dell’oggetto. Il risultato che ne deriva è visualizzabile nello schema che segue e genera un forte interesse nel fenomeno in analisi, specialmente se siamo in cerca di deportanza.

Giunge così ai nostri occhi la conseguenza più interessante dell’effetto Coanda ovvero, la generazione dei una forza capace di spostare un oggetto.

L’analisi è stata svolta su un cucchiaio, oggetto semplicissimo, ma ciò non deve trarci in inganno: tale risultato è valido per una qualsiasi superficie curva sulla quale scorre un flusso, sia essa un cucchiaio, un alettone o un fondo piatto. Pure sulle ali di un velivolo è possibile visualizzare questo genere di avvenimento fisico. Di conseguenza, sarà mio interesse fornire nel capitolo che seguirà, tutti i dettagli che possono servire ad adattare l’effetto Coanda ad una vettura di formula 1; analizzeremo le principali aree di interesse su cui può applicarsi quanto appena spiegato.

Fino a quel momento, spero di aver affrontato in modo chiaro l’argomento e vi invito a continuare a seguirci! scrivete per qualsiasi parere o dubbio!

 

Da Alberto  Aimar