Auto di Formula 1: tutto ciò che devi sapere su di loro

Le auto di Formula 1 sono l'incarnazione fisica degli ultimi progressi nel settore automobilistico. Guardare le gare fornisce di per sé la giusta dose di eccitazione, ma i veri fan sanno che le cose più importanti accadono fuori pista. Innovazione, test, ingegneria lottano per rendere l'auto più veloce di 1 km/h.

Tutto ciò significa che le corse sono solo una piccola parte di ciò che è la Formula 1.

E tu? Ti sei mai chiesto come è costruita una vettura di Formula 1? Quali sono le sue caratteristiche e perché raggiunge una velocità così straordinaria? Se è così, allora sei nel posto giusto.

Imparerai tutto dall'articolo.

Vettura di Formula 1 - elementi strutturali di base

La Formula 1 è costruita attorno ad alcuni elementi chiave. Consideriamo ciascuno di essi separatamente.

Monoscocca e telaio

I progettisti dell'auto hanno adattato tutti gli elementi alla sua parte principale: il telaio, il cui elemento centrale è la cosiddetta monoscocca.Se un'auto di Formula 1 avesse un cuore, sarebbe qui.

La monoscocca pesa circa 35 kg e svolge uno dei compiti più importanti: proteggere la salute e la vita del conducente. Pertanto, i progettisti fanno ogni sforzo per resistere anche a collisioni critiche.

Anche in questa zona dell'auto c'è un serbatoio del carburante e una batteria.

Tuttavia, la monoscocca è al centro dell'auto per un altro motivo. È lì che i designer assemblano gli elementi di base dell'auto, come:

• unità di azionamento,
• riduttori,
• zone di rettifica standard,
• sospensioni anteriori).

Passiamo ora alle domande principali: in cosa consiste una monoscocca? Come funziona?

La base è un telaio in alluminio, cioè maglia, di forma poco diversa dal nido d'ape. I progettisti rivestono quindi questo telaio con almeno 60 strati di fibra di carbonio flessibile.

Questo è solo l'inizio del lavoro, perché poi la monoscocca passa attraverso la laminazione (600 volte!), l'aspirazione dell'aria sottovuoto (30 volte) e la polimerizzazione finale in un apposito forno - autoclave (10 volte).

Inoltre, i progettisti prestano grande attenzione alle zone di deformazione laterali. In questi luoghi, l'auto di Formula 1 è particolarmente vulnerabile a collisioni e incidenti vari e quindi richiede una protezione aggiuntiva. È ancora a livello della monoscocca e presenta uno strato extra di 6 mm di fibra di carbonio e nylon.

Il secondo materiale può essere trovato anche nell'armatura. Ha proprietà di assorbimento della forza cinetica, quindi è ottimo anche per la Formula 1. Si trova anche altrove nell'auto (ad esempio, nel poggiatesta che protegge la testa del pilota).

pannello di controllo

Foto di David Prezius / Wikimedia Commons / CC BY 2.0

Proprio come la monoscocca è il fulcro dell'intera vettura, l'abitacolo è il centro della monoscocca. Naturalmente, questo è anche il luogo da cui l'autista guida il veicolo. Quindi, ci sono tre cose nella cabina di pilotaggio:

• poltrona,
• volante,
• pedali.

Un'altra caratteristica importante di questo elemento è la tenuta. Nella parte superiore, la cabina è larga 52 cm, quanto basta per passare sotto le braccia del conducente. Tuttavia, più è basso, più è stretto. All'altezza delle gambe, il pozzetto è largo solo 32 cm.

Perché un progetto del genere?

Per due motivi molto importanti. Innanzitutto, la cabina angusta offre al conducente molta più sicurezza e protezione dai sovraccarichi. In secondo luogo, rende l'auto più aerodinamica e distribuisce meglio il peso.

Infine, va aggiunto che la vettura di F1 è praticamente incline a sterzare. Il conducente si siede su un pendio con i piedi più in alto dei fianchi.

Volante

Se pensi che il volante di Formula 1 non sia molto diverso dal volante di un'auto standard, ti sbagli. Non si tratta solo del modulo, ma anche dei pulsanti funzione e di altre cose importanti.

Prima di tutto, i designer creano un volante individualmente per un guidatore specifico. Prendono un calco delle sue mani serrate, e poi su questa base e tenendo conto dei suggerimenti del pilota di rally, preparano il prodotto finale.

In apparenza, il volante di un'auto ricorda una versione in qualche modo semplificata del cruscotto di un aereo. Questo perché ha molti pulsanti e manopole che il guidatore utilizza per controllare varie funzioni dell'auto. Inoltre, nella sua parte centrale è presente un display a LED, e ai lati sono presenti delle maniglie, che, ovviamente, non potevano mancare.

È interessante notare che anche la parte posteriore del volante è funzionale. La frizione e le leve del cambio sono più comunemente posizionate qui, ma alcuni conducenti usano anche questo spazio per pulsanti funzione aggiuntivi.

alone

Questa è un'invenzione relativamente nuova in Formula 1 poiché è apparsa solo nel 2018. Che cosa? Il sistema Halo è responsabile della protezione della testa del conducente in caso di incidente. Pesa circa 7 kg ed è composto da due parti:

• un telaio in titanio che circonda la testa del pilota;
• un dettaglio in più che sorregge l'intera struttura.

Sebbene la descrizione non sia impressionante, Halo è in realtà estremamente affidabile. Può resistere a pressioni fino a 12 tonnellate. A titolo illustrativo, questo è lo stesso peso per un autobus e mezzo (a seconda del tipo).

Auto di Formula 1 - Elementi di guida

Conosci già gli elementi costitutivi di base di un'auto. Ora è il momento di esplorare l'argomento dei componenti funzionanti, ovvero:

• ciondoli,
• autobus
• Freni.

Consideriamo ciascuno di essi separatamente.

sospensione

Foto di Morio / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

In un'auto di Formula 1, i requisiti di sospensione sono leggermente diversi da quelli delle auto su strade normali. Innanzitutto, non è progettato per offrire comfort di guida. Invece, dovrebbe fare:

• l'auto era prevedibile
• il lavoro dei pneumatici era appropriato,
• l'aerodinamica era di prim'ordine (di aerodinamica parleremo più avanti nell'articolo).

Inoltre, la durata è una caratteristica importante delle sospensioni F1. Ciò è dovuto al fatto che durante il movimento sono esposti a enormi forze che devono superare.

Esistono tre tipi principali di componenti delle sospensioni:

• interno (comprese molle, ammortizzatori, stabilizzatori);
• esterno (compresi assali, cuscinetti, supporti ruota);
• aerodinamici (bilancieri e sterzo) - sono leggermente diversi dai precedenti, perché oltre alla funzione meccanica creano pressione.

Fondamentalmente, vengono utilizzati due materiali per fabbricare la sospensione: metallo per i componenti interni e fibra di carbonio per i componenti esterni. In questo modo, i progettisti aumentano la durata di tutto.

La sospensione in F1 è un argomento piuttosto delicato, perché a causa dell'elevato rischio di rottura, deve soddisfare i severi standard FIA. Tuttavia, non ci soffermeremo su di loro in dettaglio qui.

Pneumatici

Siamo arrivati ​​a uno dei problemi più semplici nelle corse di Formula 1: le gomme. Questo è un argomento abbastanza ampio, anche se ci concentriamo solo sulle questioni più importanti.

Prendiamo, ad esempio, la stagione 2020. Gli organizzatori avevano 5 tipi di pneumatici per pista asciutta e 2 per pista bagnata. Qual è la differenza? Ebbene, le gomme da pista asciutta non hanno battistrada (il loro altro nome è slick). A seconda della miscela, il produttore li etichetta con simboli da C1 (il più duro) a C5 (il più morbido).

Successivamente, il fornitore ufficiale di pneumatici Pirelli selezionerà 5 tipologie dal pool di 3 mescole disponibili, che saranno a disposizione dei team durante la gara. Li contrassegna con i seguenti colori:

• rosso (morbido),
• giallo (medio),
• bianco (duro).

È noto dalla fisica che più morbida è la miscela, migliore è l'adesione. Ciò è particolarmente importante in curva in quanto consente al guidatore di muoversi più velocemente. D'altra parte, il vantaggio di uno pneumatico più rigido è la durata, il che significa che l'auto non deve entrare nel box così velocemente.

Quando si tratta di pneumatici da bagnato, i due tipi di pneumatici disponibili si differenziano principalmente per la loro capacità di drenaggio. Hanno colori:

• verde (con pioggia leggera) - consumo fino a 30 l/s a 300 km/h;
• blu (per pioggia battente) – consumo fino a 65 l/s a 300 km/h.

Ci sono anche alcuni requisiti per l'uso dei pneumatici. Se, ad esempio, un pilota passa al terzo turno di qualificazione (Q3), deve partire con le gomme con il miglior tempo nel turno precedente (Q2). Un altro requisito è che ogni squadra deve utilizzare almeno 2 mescole per gara.

Tuttavia, queste condizioni si applicano solo agli pneumatici da pista asciutta. Non funzionano quando piove.

Hamulce

A velocità vertiginose sono necessari anche sistemi frenanti con la giusta quantità di forza. Quanto è grande? Tanto che premendo il pedale del freno si provocano sovraccarichi fino a 5G.

Inoltre, le auto utilizzano dischi freno in carbonio, che è un'altra differenza rispetto alle auto tradizionali. I dischi realizzati con questo materiale sono molto meno durevoli (abbastanza per circa 800 km), ma anche più leggeri (peso circa 1,2 kg).

La loro caratteristica aggiuntiva, ma non meno importante, sono i 1400 fori di ventilazione, necessari perché rimuovono le temperature critiche. Se frenati dalle ruote, possono raggiungere fino a 1000°C.

Formula 1 - motore e sue caratteristiche

È il momento di ciò che le tigri amano di più, il motore di Formula 1. Vediamo in cosa consiste e come funziona.

Ebbene, da diversi anni le auto sono alimentate da motori turbo ibridi V6 da 1,6 litri. Sono costituiti da diverse parti principali:

• motore a combustione interna,
• due motori elettrici (MGU-K e MGU-X),
• turbocompressori,
• batteria.

Quanti cavalli ha la Formula 1?

Lo spostamento è piccolo, ma non lasciarti ingannare da questo. L'unità raggiunge una potenza di circa 1000 CV. Il motore turbo a combustione interna produce 700 CV, con ulteriori 300 CV. generato da due impianti elettrici.

Tutto questo si trova proprio dietro la monoscocca e, oltre all'ovvio ruolo della propulsione, è anche una parte costruttiva. Nel senso che la meccanica attacca al motore la sospensione posteriore, le ruote e il cambio.

L'ultimo elemento importante di cui il propulsore non potrebbe fare a meno sono i radiatori. Ce ne sono tre in macchina: due grandi ai lati e uno più piccolo subito dietro il guidatore.

Combustione

Mentre le dimensioni di un motore di Formula 1 sono discrete, il consumo di carburante è tutta un'altra questione. Oggi le auto consumano circa 40 l/100 km. Per i profani questa cifra sembra enorme, ma rispetto ai risultati storici è piuttosto modesta. Le prime vetture di Formula 1 consumavano addirittura 190 l/100 km!

La diminuzione di questo vergognoso risultato è in parte dovuta allo sviluppo della tecnologia e in parte a limitazioni.

Le regole FIA ​​stabiliscono che un'auto di F1 può consumare un massimo di 145 litri di carburante in una gara. Un'ulteriore curiosità è il fatto che dal 2020 ogni vettura avrà due misuratori di portata che monitorano la quantità di carburante.

La Ferrari ha contribuito in parte. È stato riferito che la Formula 1 di questa squadra ha utilizzato aree grigie e quindi ha aggirato le restrizioni.

Citiamo infine il serbatoio del carburante, perché differisce da quello di serie. Quale? Innanzitutto il materiale. Il produttore realizza il carro armato come se lo facesse per l'industria militare. Questo è un altro fattore di sicurezza poiché le perdite sono ridotte al minimo.

scatola ingranaggi

Foto di David Prezius / Wikimedia Commons / CC BY 2.0

Il tema dell'azionamento è strettamente correlato al cambio. La sua tecnologia è cambiata più o meno nello stesso periodo in cui la F1 ha iniziato a utilizzare i motori ibridi.

Cosa è tipico per lui?

Questo è un 8 velocità, semiautomatico e sequenziale. Inoltre, ha il più alto livello di sviluppo al mondo. Il conducente cambia marcia in millisecondi! Per fare un confronto, la stessa operazione richiede almeno alcuni secondi per i proprietari di auto ordinarie più veloci.

Se sei nell'argomento, probabilmente hai sentito il detto che non c'è la retromarcia nelle auto. Questo è vero?

No

Ogni unità F1 ha una retromarcia. Inoltre, la sua presenza è richiesta secondo le regole FIA.

Formula 1 - forze g e aerodinamica

Abbiamo già accennato ai sovraccarichi ai freni, ma su di essi torneremo man mano che si sviluppa il tema dell'aerodinamica.

La domanda principale, che fin dall'inizio rallegrerà un po 'la situazione, è il principio dell'assemblaggio dell'auto. Bene, l'intera struttura funziona come un'ala di aeroplano rovesciata. Nel senso che invece di sollevare la macchina, tutti i tasselli creano deportanza. Inoltre, ovviamente, riducono al minimo la resistenza dell'aria durante il movimento.

Il carico aerodinamico è un parametro molto importante nelle corse perché fornisce la cosiddetta trazione aerodinamica, che facilita le curve. Più è grande, più velocemente il conducente passerà la svolta.

E quando aumenta la spinta aerodinamica? Quando la velocità aumenta.

In pratica, se stai guidando a gas, sarà più facile per te girare l'angolo che se fossi attento e acceleri. Sembra controintuitivo, ma nella maggior parte dei casi lo è. Alla massima velocità, il carico aerodinamico raggiunge le 2,5 tonnellate, il che riduce significativamente il rischio di slittamento e altre sorprese in curva.

D'altra parte, l'aerodinamica dell'auto ha uno svantaggio: i singoli elementi creano resistenza, che rallenta (soprattutto sui tratti rettilinei della pista).

Elementi chiave del design aerodinamico

Mentre i progettisti lavorano duramente per mantenere l'intera vettura di F1 in linea con l'aerodinamica di base, alcuni elementi di design esistono solo per creare deportanza. Riguarda:

• ala anteriore - è la prima a contatto con il flusso d'aria, quindi la cosa più importante. L'intero concetto inizia con lui, perché organizza e distribuisce ogni resistenza tra il resto della macchina;
• elementi laterali: fanno il lavoro più duro, perché raccolgono e organizzano l'aria caotica dalle ruote anteriori. Quindi li inviano alle prese di raffreddamento e nel retro dell'auto;
• Alettone posteriore: raccoglie i getti d'aria dagli elementi precedenti e li utilizza per creare carico aerodinamico sull'asse posteriore. Inoltre (grazie al sistema DRS) riduce la resistenza nei tratti rettilinei;
• pavimento e diffusore - progettati in modo tale da creare pressione con l'aiuto dell'aria che scorre sotto l'auto.

Sviluppo del pensiero tecnico e sovraccarico

L'aerodinamica sempre più migliorata non solo aumenta le prestazioni del veicolo, ma anche lo stress del conducente. Non è necessario essere un esperto di fisica per sapere che più velocemente un'auto gira in curva, maggiore è la forza che agisce su di essa.

È lo stesso con la persona seduta in macchina.

Sui binari con le curve più ripide, le forze G raggiungono i 6G. È molto? Immagina se qualcuno ti preme sulla testa con una forza di 50 kg e i muscoli del collo devono farcela. Questo è ciò che devono affrontare i corridori.

Come puoi vedere, il sovraccarico non può essere preso alla leggera.

I cambiamenti stanno arrivando?

Ci sono molti segnali che una rivoluzione nell'aerodinamica delle auto avrà luogo nei prossimi anni. Dal 2022, la nuova tecnologia apparirà sui circuiti di F1 utilizzando l'effetto dell'aspirazione anziché della pressione. Se funziona, il design aerodinamico migliorato non è più necessario e l'aspetto dei veicoli cambierà drasticamente.

Ma sarà davvero così? Il tempo mostrerà.

Quanto pesa la Formula 1?

Conosci già tutte le parti più importanti di un'auto e probabilmente vorrai sapere quanto pesano insieme. Secondo le ultime normative, il peso minimo consentito del veicolo è di 752 kg (compreso il conducente).

Formula 1 - dati tecnici, ad es. riepilogo

Esiste un modo migliore per riassumere un articolo di una vettura di F1 di una selezione dei dati tecnici più importanti? Alla fine, chiariscono di cosa è capace la macchina.

Ecco tutto ciò che devi sapere su un'auto di F1:

• motore - ibrido V6 turbocompresso;
• capacità - 1,6 litri;
• potenza del motore - ca. 1000 cv;
• accelerazione a 100 km / h - circa 1,7 s;
• velocità massima - dipende.

Perché “dipende dalle circostanze”?

Perché nel caso dell'ultimo parametro, abbiamo due risultati, che sono stati ottenuti dalla Formula 1. La velocità massima nel primo è stata di 378 km/h, record stabilito nel 2016 in linea retta da Valtteri Bottas.

C'è stato però anche un altro test in cui la vettura, guidata da van der Merwe, ha infranto la barriera dei 400 km/h, purtroppo il record non è stato riconosciuto in quanto non è stato raggiunto in due manche (bolina e bolina).

Riassumiamo l'articolo al costo di un'auto, perché anche questa è una curiosità interessante. Il miracolo della moderna industria automobilistica (in termini di singole parti) costa poco più di $ 13 milioni. Tuttavia, tieni presente che questo è il prezzo escluso il costo dello sviluppo della tecnologia e che l'innovazione ne vale la pena.

L'importo speso per la ricerca raggiunge molti miliardi di dollari.

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