Sapevi che il coefficiente aerodinamico di un camion è migliore di quello di una Formula 1?

Ebbene sì, il titolo di questo articolo è corretto: il coefficiente aerodinamico di un camion è migliore di quello di una Formula 1. E anche quello dell’auto che guidi ogni giorno. Una cosa che può suonare sorprendente per chi non ha familiarità con i principi di base dell’aerodinamica. Ma ha una spiegazione. E, anche se non ci crederai, è più facile di quanto sembri.

Un camion ha un coefficiente aerodinamico più favorevole di una Formula 1, ma una F1 ha una minore resistenza aerodinamica

Per capirlo, la prima cosa è conoscere alcuni concetti chiave e non confondere la resistenza aerodinamica con il coefficiente aerodinamico. Per darti un’idea: il coefficiente aerodinamico di un camion si colloca tra 0,6 e 0,7, anche se ci sono eccezioni come il camion di Tesla, per il quale è stato annunciato un sorprendente Cx di 0,36; mentre quello di una Formula 1 si aggira intorno a 1, e in una berlina stradale la norma si aggira intorno a 0,30. E più basso è questo coefficiente aerodinamico, migliore è per ottenere una minore resistenza aerodinamica.

Ma sulla resistenza aerodinamica intervengono anche altri fattori. Ed ecco la chiave: un camion ha un coefficiente aerodinamico più favorevole di una Formula 1, ma una F1 ha una minore resistenza aerodinamica. Vediamolo più nel dettaglio.

Resistenza aerodinamica

La resistenza aerodinamica è la forza opposta al movimento che presenta un determinato oggetto (in questo caso un’auto, un camion… o una Formula 1) quando si sposta attraverso l’aria. Questa resistenza si calcola con una formula, che non devi imparare a memoria. Basta sapere che è il prodotto di fattori come la densità dell’aria, la superficie frontale dell’oggetto, il suo coefficiente aerodinamico e il quadrato della velocità con cui l’oggetto si muove rispetto all’aria.

Dato che stiamo confrontando oggetti, la densità dell’aria e la velocità in questo caso non ci interessano. Tieni presente che la resistenza aerodinamica complessiva di un oggetto è determinata, tra gli altri fattori, dal coefficiente aerodinamico e dalla superficie frontale con cui tale oggetto si confronta con il vento. E lo fa in modo direttamente proporzionale a entrambi.

Coefficiente aerodinamico

Il coefficiente aerodinamico, detto anche coefficiente di resistenza aerodinamica, è un numero adimensionale (cioè non ha unità di misura) associato a una particolare superficie, che quantifica la resistenza di un oggetto a muoversi in un mezzo fluido (nel nostro caso, l’aria), rispetto a quella offerta da un corpo capace di arrestare completamente il flusso d’aria che lo investe.

Un muro o una parete su cui l’aria incide perpendicolarmente avrebbe un coefficiente aerodinamico Cx=1. Una lastra piana perpendicolare al flusso d’aria supererebbe quel valore, con un Cx superiore a 1,2, a causa dell’effetto che si produce dietro la lastra quando l’aria passa. Per questo nell’aerodinamica di un veicolo è così importante il design della parte posteriore, e il Cx può cambiare da un’auto all’altra semplicemente variando questa zona.

Come abbiamo già detto, più basso è il Cx, migliore è per la resistenza aerodinamica. Altri esempi del coefficiente aerodinamico di corpi geometrici sarebbero, per esempio, 0,47 per una sfera, 0,50 per un cono o 1,05 per un cubo. Ricordiamo quanto dicevamo all’inizio: nel caso di un’auto convenzionale di serie, il coefficiente aerodinamico Cx si colloca tra 0,25 e 0,30; in un camion è di circa 0,7; e in una Formula 1, con ruote scoperte e alette variabili, può andare… da 0,7-0,8 quando corre su circuiti come Monza, fino a circa 1,2 a Montecarlo!

Ora ci concentriamo solo sul coefficiente nella direzione dell’asse X, lungo cui si muove il veicolo; ma esistono anche i coefficienti aerodinamici Cy (laterale) e Cz (verticale). Non è il caso che ci interessa direttamente, ma è utile sapere che in una F1 si sacrifica il Cx per ottenere un Cz elevato (che fornisce carico aerodinamico) giocando con la configurazione delle alette. Ecco perché sui circuiti “veloci”, dove serve poco carico, una F1 ha un coefficiente aerodinamico migliore che sui circuiti lenti, dove la resistenza aerodinamica incide meno, ma conviene che la vettura si “incolli” al suolo, favorendo il passaggio in curva.

La superficie frontale

La superficie frontale è il termine più facile da capire in questa equazione: è la dimensione del fronte d’aria che l’oggetto deve spostare per avanzare. In altre parole: l’area che occupa visto di fronte. In un veicolo intervengono le dimensioni della carrozzeria, ma anche gli specchietti retrovisori, i pneumatici…

La superficie frontale di un’auto può aggirarsi intorno a 2 metri quadrati. Quella di una monoposto di Formula 1 si aggira intorno a 1,4 metri quadrati. E quella di un camion moderno si aggira intorno agli 8-9 metri quadrati. È chiaro che la forma più efficiente per ottenere un grande spazio interno (la forma a scatola, nel caso di un camion) è la meno efficiente in termini di resistenza aerodinamica, perché è quella con una maggiore superficie frontale.

Per migliorare l’aerodinamica, i camion utilizzano, per esempio, deflettori sul tetto. Questi deflettori non modificano la superficie frontale, ma sì il coefficiente aerodinamico. In un’auto stradale come l’Audi e-tron, la sostituzione degli specchietti retrovisori convenzionali con gli specchietti virtuali migliora entrambe le cose: meno superficie frontale e un Cx migliore.

Un’altra questione importante quando si parla di aerodinamica è il design della parte posteriore del veicolo, quasi importante quanto quella anteriore, perché bisogna cercare che l’aria scorra lungo la carrozzeria nella parte anteriore e “esca” da quella posteriore in modo rapido e fluido, senza generare turbolenze o “strati” a velocità diverse che danneggiano l’aerodinamica. Anche se non ci soffermeremo su questo aspetto.

Il camion, la Formula 1 e la matematica

Con questi tre concetti è molto più facile comprendere l’equazione che risolve il quesito di questo articolo. Il Cx di un oggetto, da solo, non ci dice molto se non è associato alla sezione frontale.

A parità di coefficiente aerodinamico, un oggetto con una maggiore superficie frontale presenterà una maggiore resistenza aerodinamica. Ed è per questo che un SUV consuma più di una berlina con la stessa potenza, perché il Cx può essere addirittura equivalente, ma il SUV presenta una superficie frontale maggiore.

Abbiamo visto che una Formula 1, in effetti, ha un coefficiente aerodinamico più sfavorevole di quello di un camion. Tuttavia, la sua resistenza aerodinamica è minore, perché tale resistenza è direttamente proporzionale al prodotto del coefficiente aerodinamico (Cx) per la superficie frontale (S). Se chiamiamo questo prodotto SCx, quello di una Formula 1 può aggirarsi intorno a 1,4-1,5, mentre in un camion il SCx è circa 4 volte superiore a quello di una Formula 1. Anche se il suo coefficiente aerodinamico è più favorevole, la resistenza aerodinamica è peggiore.

Un’altra questione interessante è introdurre il fattore velocità. Se ricordi, abbiamo detto che la resistenza aerodinamica è proporzionale alla densità dell’aria, al SCx e al quadrato della velocità. Puoi usare la calcolatrice e vedere la differenza di resistenza aerodinamica che un camion deve vincere quando viaggia alla sua velocità massima, intorno ai 100 km/h, e quella che deve vincere una Formula 1 viaggiando al triplo di quella velocità.

Approfitto per dirti che esiste anche una relazione tra resistenza aerodinamica, velocità e potenza, che conviene conoscere. In particolare, la potenza necessaria per vincere una determinata resistenza aerodinamica è proporzionale non alla velocità, ma al cubo della stessa. Per questo un’auto con un’aerodinamica diciamo “normale” può raggiungere la barriera dei 200 km/h con appena 150 CV, mentre per raddoppiare la velocità massima senza modificare l’aerodinamica bisogna moltiplicare la potenza per più di 6. Ma questa è un’altra storia, che ci servirà per un nuovo articolo.