Creo que esta pregunta se refiere específicamente a un automóvil F1 y trataré de responderla en la misma línea. Hablando de un auto de Fórmula 1, es difícil calcular la ventaja de velocidad en línea recta debido a DRS usando solo un conjunto de ecuaciones matemáticas, y mucho menos llegar a una respuesta aproximada. También intentaré explicar por qué.
El Sistema de reducción de resistencia (DRS) se refiere al sistema de componentes autoajustables (por el conductor en la mayoría de los casos) que está destinado a reducir la resistencia y aumentar la velocidad del automóvil. Primero, veamos qué es el arrastre.
La resistencia es simplemente la resistencia al movimiento del automóvil debido a la presencia de moléculas de aire. Cuando simplemente mueve la mano en el aire, es posible que no sienta la resistencia del aire. Pero, cuando conduce un automóvil F1 a altas velocidades, las moléculas de aire presentan una gran resistencia al movimiento del automóvil. Por lo tanto, el automóvil tiene que usar más potencia para avanzar que la requerida en el caso ideal de un entorno de vacío.
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- ¿Podría alguien explicarme la ecuación física [matemáticas] d = 0.75r + 0.03r ^ 2 [/ matemáticas] para mí?
Tome una hoja de cartón y sosténgala paralela a la superficie de la tierra. Muévalo rápidamente a través del aire manteniendo la misma orientación. Ahora sostenga la hoja con su plano perpendicular al plano de la superficie de la tierra. Ahora, intenta moverlo rápidamente. Encontrará que la hoja ahora tiene una mayor tendencia a doblarse. Esto es simplemente porque el área de contacto perpendicular a la dirección de movimiento es mayor en el último caso, mientras que es insignificante en el primero. Esta resistencia se define matemáticamente como arrastre con la ecuación.
[matemática] F = 0.5 * C_ {d} * A * \ rho * v ^ {2} [/ matemática]
donde [matemáticas] F [/ matemáticas] – Fuerza de arrastre / Fuerza de resistencia
[matemáticas] C_ {d} [/ matemáticas] – Coeficiente de arrastre
[matemáticas] A [/ matemáticas] – Área perpendicular a la dirección del movimiento / Área de sección transversal
[matemáticas] \ rho [/ matemáticas] – Densidad del aire
[matemáticas] v [/ matemáticas] – Velocidad del automóvil
Tenga en cuenta que esta es solo una ecuación aproximada para calcular la fuerza de arrastre. Sin embargo, puede hacer una correlación simple que cuando el área de la sección transversal – A aumenta, la fuerza de arrastre aumenta y, por lo tanto, la resistencia también aumenta. Puede encontrar la clara diferencia en la imagen a continuación.
La primera mitad de la imagen es cuando el DRS está en condición ‘abierta’: menos área de contacto con las moléculas de aire y, por lo tanto, menos resistencia. Entonces, con la misma potencia, se pueden alcanzar velocidades más altas.
Ahora, al calcular la fuerza de arrastre para los dos casos, uno con el ‘DRS abierto’ y el otro con el DRS ‘cerrado’ usando las áreas de sección transversal A respectivas, podemos calcular la fuerza neta que actúa para mover el automóvil hacia adelante. Conociendo la potencia entregada por el motor, podemos usar la ecuación simple
Potencia = (fuerza neta * distancia) / tiempo
calcular la ventaja de tiempo para una cierta distancia (d) utilizando el DRS. Pero, por desgracia, ¿cómo podemos conocer todos los parámetros en la mano derecha de la ecuación? Lamentablemente, no conozco estos valores. En la ecuación de arrastre observará el parámetro llamado coeficiente de arrastre. Este es un valor que no se puede lograr con un cálculo simple. Depende de la aerodinámica del automóvil y generalmente se determina experimentalmente.
Nuevamente, tenga en cuenta que la ecuación de arrastre que mencioné anteriormente es solo una forma aproximada de ecuación para calcular la fuerza de arrastre. Para calcular la ventaja de velocidad, necesitará una ecuación rigurosa para obtener incluso una respuesta aproximada. Esto se puede lograr mediante el uso de conceptos de dinámica de fluidos computacional, una rama de la ciencia de la computación que se utiliza para crear modelos, que en nuestro caso es el flujo de aire alrededor de un automóvil F1. Esto es bastante complejo y si somos capaces de modelar tal escenario, podremos calcular la ventaja aproximada de velocidad en línea recta del automóvil.
