Știai că coeficientul aerodinamic al unui camion este mai bun decât cel al unei Formula 1?

Ei bine, da, titlul acestui articol este corect: coeficientul aerodinamic al unui camion este mai bun decât cel al unei Formula 1. Și la fel este și cel al mașinii pe care o conduci zilnic. Ceva ce poate suna surprinzător pentru cei care nu sunt familiarizați cu principiile de bază ale aerodinamicii. Dar are o explicație. Și, deși nu-ți vine să crezi, este mai simplu decât pare.

Un camion are un coeficient aerodinamic mai favorabil decât o Formula 1, dar o F1 are o rezistență aerodinamică mai mică

Pentru a înțelege, primul lucru este să cunoaștem câteva concepte cheie și să nu confundăm rezistența aerodinamică cu coeficientul aerodinamic. Ca să ai o idee: coeficientul aerodinamic al unui camion se află între 0,6 și 0,7, deși există excepții, precum camionul de Tesla, pentru care s-a anunțat un Cx surprinzător de 0,36; în timp ce al unei Formula 1 se situează în jurul valorii de 1, iar la o mașină de serie obișnuită, valorile normale sunt în jur de 0,30. Iar cu cât acest coeficient aerodinamic este mai mic, cu atât este mai bun pentru obținerea unei rezistențe aerodinamice reduse.

Dar la rezistența aerodinamică intervin și alți factori. Și aici se află cheia: un camion are un coeficient aerodinamic mai favorabil decât o Formula 1, dar o F1 are o rezistență aerodinamică mai mică. Să vedem asta mai în detaliu.

Rezistența aerodinamică

Rezistența aerodinamică este forța care se opune mișcării unui anumit obiect (în acest caz o mașină, un camion… sau o Formula 1) atunci când se deplasează prin aer. Această rezistență se calculează cu o formulă, pe care nu trebuie să o înveți pe de rost. Trebuie doar să știi că este produsul unor factori precum densitatea aerului, aria frontală a obiectului, coeficientul său aerodinamic și pătratul vitezei cu care obiectul se deplasează față de aer.

Întrucât comparăm obiecte, densitatea aerului și viteza nu ne interesează în acest caz. Reține că rezistența aerodinamică totală a unui obiect este determinată, printre alți factori, de coeficientul aerodinamic și de suprafața frontală cu care obiectul se confruntă cu vântul. Și o face direct proporțional cu ambii.

Coeficientul aerodinamic

Pe de altă parte, coeficientul aerodinamic, numit și coeficient de rezistență aerodinamică, este un număr adimensional (adică nu are unități de măsură) asociat cu o anumită suprafață, care cuantifică rezistența unui obiect la deplasarea într-un mediu fluid (în cazul nostru, acest mediu este aerul), în comparație cu cea oferită de un corp capabil să oprească complet fluxul de aer care îl lovește.

Un perete sau un zid asupra căruia aerul lovește perpendicular ar avea un coeficient aerodinamic Cx=1. O placă plană perpendiculară pe fluxul de aer ar depăși această cifră, cu un Cx peste 1,2, din cauza efectului care apare în spatele plăcii când trece aerul. De aceea, în aerodinamica unui vehicul, proiectarea părții posterioare este atât de importantă, iar Cx poate varia de la o mașină la alta doar modificând această zonă.

Așa cum am menționat deja, cu cât Cx este mai mic, cu atât este mai bine pentru rezistența aerodinamică. Alte exemple de coeficient aerodinamic pentru corpuri geometrice ar fi, de exemplu, 0,47 pentru o sferă, 0,50 pentru un con sau 1,05 pentru un cub. Să reamintim ce spuneam la început: în cazul unui automobil convențional de serie, coeficientul aerodinamic Cx se află între 0,25 și 0,30; la un camion este de aproximativ 0,7; iar la o Formula 1, cu roți neacoperite și aripi reglabile, poate varia… de la 0,7-0,8 când concurează pe circuite precum Monza, până la aproape 1,2 la Monaco!

Acum ne concentrăm exclusiv pe coeficientul în direcția axei X, pe care se deplasează vehiculul; dar există și coeficienți aerodinamici Cy (lateral) și Cz (vertical). Nu este cazul direct al subiectului nostru, dar este bine de știut că la o F1 se sacrifică Cx pentru a obține un Cz ridicat (care generează downforce), jucându-se cu configurația aripilor. De aceea, pe circuitele „rapide”, unde se dorește o încărcare mică, o F1 are un coeficient aerodinamic mai bun decât pe circuitele lente, unde rezistența aerodinamică influențează mai puțin, dar unde este important ca mașina să „se lipească” de asfalt, ajutând trecerea prin viraje.

Suprafața frontală

Suprafața frontală este termenul cel mai ușor de înțeles din această ecuație: este dimensiunea frontului de aer pe care obiectul trebuie să-l deplaseze pentru a avansa. Cu alte cuvinte: aria pe care o ocupă privit din față. La un vehicul, aici intervin dimensiunile caroseriei, dar și oglinzile retrovizoare, anvelopele…

Suprafața frontală a unui autoturism poate fi în jur de 2 metri pătrați. Cea a unui monopost de Formula 1 este în jur de 1,4 metri pătrați. Iar cea a unui camion modern ajunge la 8-9 metri pătrați. Este clar că cea mai eficientă cale pentru a obține un spațiu interior generos (forma de cutie, în cazul unui camion) este cea mai puțin eficientă din punct de vedere al rezistenței aerodinamice, pentru că are cea mai mare suprafață frontală.

Pentru a îmbunătăți aerodinamica, camioanele folosesc, de exemplu, deflectoare pe acoperiș. Aceste deflectoare nu modifică suprafața frontală, dar modifică coeficientul aerodinamic. La o mașină de serie precum Audi e-tron, înlocuirea oglinzilor retrovizoare convenționale cu oglinzi virtuale îmbunătățește ambele aspecte: suprafață frontală mai mică și Cx mai bun.

Un alt aspect important atunci când vorbim despre aerodinamică este designul părții posterioare a vehiculului, aproape la fel de important ca cel frontal, deoarece trebuie să se urmărească ca aerul să curgă pe caroserie în partea anterioară și să „iasă” pe partea din spate rapid și fluid, fără a genera turbulențe sau „straturi” la viteze diferite care afectează aerodinamica. Totuși, nu vom insista asupra acestui subiect.

Camionul, Formula 1 și matematica

Cu aceste trei concepte, este mult mai ușor să înțelegi ecuația care oferă soluția enunțului acestui articol. Și anume, Cx-ul unui obiect, luat singur, nu ne spune prea mult dacă nu este asociat cu secțiunea frontală.

Pentru aceeași valoare a coeficientului aerodinamic, un obiect cu o suprafață frontală mai mare va prezenta o rezistență aerodinamică mai mare. Și de aceea un SUV consumă mai mult decât un autoturism cu aceeași putere, pentru că Cx-ul poate fi chiar echivalent, dar SUV-ul are o suprafață frontală mai mare.

Am văzut deja că o Formula 1, într-adevăr, are un coeficient aerodinamic mai nefavorabil decât cel al unui camion. Totuși, rezistența sa aerodinamică este mai mică, deoarece această rezistență este direct proporțională cu produsul dintre coeficientul aerodinamic (Cx) și suprafața frontală (S). Dacă numim acest produs SCx, cel al unei Formula 1 poate fi în jur de 1,4-1,5, în timp ce la un camion SCx este de aproximativ 4 ori mai mare decât al unei Formula 1. Deși coeficientul său aerodinamic este mai favorabil, rezistența aerodinamică este mai slabă.

O altă chestiune interesantă ar fi introducerea factorului viteză. Dacă îți amintești, am spus că rezistența aerodinamică este proporțională cu densitatea aerului, cu SCx și cu pătratul vitezei. Poți folosi calculatorul și vedea diferența de rezistență aerodinamică pe care trebuie să o învingă un camion când circulă la viteza maximă, în jur de 100 km/h, și cea pe care trebuie să o învingă o Formula 1 circulând cu triplul acestei viteze.

Profit de ocazie pentru a-ți spune că există și o relație între rezistența aerodinamică, viteză și putere, pe care este bine să o cunoști. Mai exact, puterea necesară pentru a învinge o anumită rezistență aerodinamică nu este proporțională cu viteza, ci cu cubul acesteia. Din acest motiv, o mașină cu o aerodinamică să zicem „obișnuită” poate atinge bariera de 200 km/h cu doar 150 CP, în timp ce pentru a dubla viteza maximă fără a modifica aerodinamica este nevoie să se multiplice puterea de peste 6 ori. Dar aceasta este o altă poveste, care ne va ajunge pentru un nou articol.