¿PORQUE CORRE UN F-1? Opciones

[METEORO]

He visto el siguiente post en la web de www.coches.net, y me ha parecido que puede interesante colgarlo aquí. Pese a que llevo yá un largo tiempo leyendo todo lo que se postea, rezo para que nadie lo haya posteado con anterioridad....
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¿PORQUE CORRE UN F-1?


Nos apoyaremos en dos ecuaciones físicas muy básicas y sencillas para hacernos una buena idea cualitativa de PORQUÉ corre lo que corre un F1. Las ecuaciones son las siguientes:
F = m a , que indica que un cuerpo de masa "m" adquiere una aceleración "a" bajo una fuerza "F".

R = µ N , que expresa la relación entre la fuerza de rozamiento "R" y la carga vertical "N" que soporta un elemento. El valor de esa relación es el coeficiente de adherencia "µ". La aplicación de las ecuaciones (i) y (ii) a un vehículo en marcha se debería hacer bajo la siguiente perspectiva: Un coche de masa "m" bajo una aceleración "a" (que puede ser tanto longitudinal, acelerando o frenando, como lateral, o sea girando) sufre el efecto de una fuerza "F" que viene dada por (i). Esa fuerza debe ser equilibrada por la adherencia que proporcionan los neumáticos, que viene expresada por (ii); es decir:

F = R Cierto es que en realidad la dinámica del vehículo es notablemente más compleja, pero esto nos valdrá para hacernos una buena idea. Al grano: entonces ¿por qué corre tanto un F1? pues básicamente por tres motivos:

Porque pesa muy poco: el peso mínimo de un F1 es de 600kg. Es decir que generando fuerzas "F" (o "R") de pequeño valor, el coche adquiere altas aceleraciones (ecuación (i)).

Pero es que además un F1 puede generar altísimas fuerzas "F" debido a que dispone de una adherencia "R" simplemente alucinante. Es decir es capaz de avanzar en equilibrio bajo aceleraciones "a" altísimas. Y esa altísima adherencia se obtiene por dos motivos básicos:

porque va calzado con unos neumáticos con un coeficiente de adherencia altísimo: hablamos de µ > 2.1. Una auténtica pasada comparados con los µ < 1.2 de los neumáticos hiperdeportivos de modelos de calle, o los µ = 0.9-1.0 de los neumáticos que nosotros usamos en nuestros coches.

y además disponen de una altísima carga aerodinámica (downforce). Esta carga aerodinámica aplasta el coche contra el suelo: es decir aumenta el peso del coche sin aumentar la masa del mismo. O lo que es lo mismo: aumenta la "N" de la ecuación (ii) sin que aumente la "m" de la ecuación (i). Por lo que el equilibrio:

F = R m a = µ N se obtiene para valores de aceleración "a" altísimos.

En una palabra: la downforce aumenta el peso del coche, pero con unos kilos que no tienen inercia (no hay que acelerarlos, ni frenarlos, ni hacerlos girar). Puede resultar paradójico bajo la perspectiva que usamos para "entender" los coches de calle, pero sería posible ver como un F1 (aunque no creo que se de el caso en ningún circuito del mundial actual) pasa a 280km/h por un giro por el que no puede pasar a 160km/h: como la downforce aumenta a medida que aumenta la velocidad, la aceleración alcanzable por el vehículo en equilibrio aumenta a medida que aumenta la velocidad.

Y además un F1 dispone de las condiciones para aprovechar esa adherencia (o lo que es lo mismo es capaz de generar altísimos valores de "F"):

dispone de un motor simplemente brutal: 850cv a 18500rpm (o tal vez más) los mejores.

dispone de un equipo de frenos con una capacidad de retención bestial: capaces de generar pares de frenado de más de 2300mkg (comparadlo con los, aproximadamente, 230mkg de tracción que como máximo proporciona el motor de un F1 en la rueda en primera velocidad, o con los 125mkg de retención máxima que proporciona el motor en las ruedas).

y dispone de unos neumáticos capaces de soportar esos enormes esfuerzos manteniendo sus propiedades.


Tratemos pues ahora de ver CUANTO corre un F1. Y para poder hacernos una mejor idea lo compararemos con el vehículo más extremo matriculable: el Porsche Carrera GT (560cv, 1250kg, frenos de carbono,...). Antes de nada observemos la siguiente gráfica donde se aprecia la adherencia (aceleración) disponible (alcanzable) a diferentes velocidades:


Y ahora comparemos el F1 con el Porsche en diferentes situaciones (las prestaciones del F1 dependerán de la configuración aerodinámica, pero escogemos un setup típico de circuito de media velocidad):

ACELERACIÓN:

F1 Porsche 0-100 km/h 2.8" 3.9" 100-200 km/h 2.7" 5.9"

Observad que el F1 acelera mejor los 100km/h que hay entre 100 y 200 que los que hay de 0 a 100. Ello se debe a que a baja velocidad la adherencia de que dispone es menor que el empuje que el motor es capaz de proporcionar (que ronda puntas capaz de proporcionar al F1 aceleraciones de 2G's (el doble que una frenada a fondo de un coche de calle); fijaros en el gráfico: a baja velocidad no dispone de adherencia para equilibrar 2G's). Es decir no estamos en disposición de aprovechar todo el empuje que el motor es capaz de proporcionar. A medida que la velocidad crece el problema de tracción va desapareciendo: ya que el par de tracción que llega a las ruedas disminuye (a medida que se engranan marchas más altas) al tiempo que el downforce aumenta la adherencia.

Tal vez más representativo sea comparar la aceleración de 0-1000metros con salida parada:

F1: 0-1000m en 14" lo que equivale a casi 260km/h de velocidad media saliendo de parado (!!) en esos 1000 primeros metros.

Porsche: 0-1000m en 22" a una velocidad media de unos 170km/h.

y para hacernos una mejor idea añadimos un coche que todos conocemos el Ibiza 1.8T: 0-1000m en 28" a unos 130km/h de media.

FRENADA: Comparemos la frenada a alta velocidad: de 300 a 100km/h

El F1: en unos 2.5", en un espacio de unos 115 metros; con una potencia equivalente de unos 2700cv (!!)

El Porsche: en unos 5.5", en un espacio de unos 310 metros (!), disipando una potencia de unos 950cv.

Nada comparable con los 400cv de potencia de frenado de un Ibiza como del que hablábamos antes.

GIRO:

Donde un F1 gira a 80km/h el Porsche dificilmente girará más allá de los 65km/h. Como curiosidad señalar que un WRC podría pasar a (mucho) más de 100km/h por ese mismo giro.

Donde un F1 gira a 180km/h el Porsche dificilmente pasará a más de 120km/h.

Donde un F1 vira a 280km/h el Porsche lo pasará (muy) mal para girar a 150km/h.

Realmente no estamos diciendo nada nuevo: las diferencias son tanto más grandes cuanto mayor es la velocidad.

VELOCIDAD MÁXIMA:

El F1 con una configuración como la que venimos hablando se estancará en unos 330-340km/h (con una mínima carga aerodinámica unos 390-400km/h están a su alcance).

Para el Porsche GT anuncian una velocidad máxima de unos 335km/h.

Observamos como el Porsche alcanza la misma velocidad máxima con una potencia mucho menor: la razón es tan simple como que posee un coeficiente de penetración aerodinámico (Cx) mucho mejor: un Cx = 0.40 (más o menos) frente al Cx = 1.0 (más o menos) del F1.

Todo esto se concreta en la siguiente diferencia en una vuelta a un circuito como el de Montmeló: F1 = 80" Porsche = 120" (estimado: segundo arriba, segundo abajo)

O lo que es lo mismo: en el tiempo que el Porsche da 2 vueltas el F1 realiza 3. O en 3 minutos el F1 recorre casi 5km más. O el F1 marca una velocidad media de unos 225km/h frente a los 150km/h del hiperdeportivo de calle. O realizando una sencilla equivalencia matemática: el F1 pasa un 50% más rápido (de media) por todos los puntos del circuito: donde el Porsche pasa a 80 el F1 a 120; donde el de calle pasa a 120 el F1 a 180; donde el Carrera GT a 180 el F1 a 270,...

En resumen: un F1 corre una auténtica pasada.

*********Fuente:

http://rt002mek.eresmas.net/articulos/nrgbrick2.htm

[KARNAPLOSKY]

COOOOOOÑO un buen topic si señor

[daichiquito]

Resiseñor.

Daichiquito F1 Viva PDLR y ''odio'' a las ayudas electrónicas y al grfñxgrf de Leo Kirch.

[nrg]

En esta página

http://andretti.cjb.net

podeis encontrar esos artículos.

Por favor y de buen rollo: cuando hagais un copy-paste indicad el autor. Gracias.

Un saludo.

[METEORO]

Perdonar, no me he dado cuenta de que no estaba escrito el autor del texto. El responsable de este artículo es...

PABLO CORNES (nrg)
pcornes@inicia.es
(A punto de ser Ingeniero Mecánico por la Univ.VIGO.)

Yo solo me he limitado a copiarlo aquí, porque me parecía interesante.

[nrg]

Gracias

[Avalanch]

Muy buen topic (lo q aprende uno aquí). Pero yo tengo algunas preguntillas. Hay algún químico (o proyecto de tal) en el foro?? se ha hablado en algún otro topic sobre algo relacionado con la química.

Gracias. (espero q esta pregunta no desvíe la temática de este topic)

AQU� ESTAR�!!!!!

[homer15]

MMUUUUY interesante!! hace tiempo que no se veian asi! aunque tengo una preguntilla, haber si alguien me la puede resolver...

se dice anteriormente que el Porsche tiene un Cx (coeficiente de penetracion) bastante mas por debajo que un f1.
eso quiere decir en pocas palabras que el porsche tiene una mejor aerodinamica que un f1??

gracias

[Alonso Mania]

Aunque no tengo ni p... idea por lo menos algo he entendido en la explicación por lo que me atrevo a dar una respuesta.

El Porsche tiene mejor aerodinámica que el F-1 en cuanto a coeficiente de penetración del aire. Eso quiere decir que la fuerza de rozamiento del aire (contraria al movimiento) será mayor (a igual velocidad) en un Fórmula 1. Esto creo que es verdad.

Y si he entendido el argumento. Tiene peor coeficiente aerodinámico porque va "muy cargado" de alerones para aumentar la "N" que le permite una mayor fuerza de rozamiento. Eso perjudica en rectas (aunque lo compensa con la potencia del motor) pero le permite tomar la curva con mayor velocidad porque el rozamiento es mayor. El rozamiento es lo que nos mantiene "agarrados" en la curva. La fuerza hacia el exterior de la curva depende de la velocidad. Esa fuerza tiene que ser siempre menor que el rozamiento para no deslizar. Por tanto si el rozamiento (debido a las ruedas y a la carga aerodinámica) es grande, la velocidad (máxima) de paso por curva es mucho mayor.

Y si no he dicho muchas tonterías continuo. Eso lleva a las "famosas" catalogaciones de los circuitos en alta o baja carga aeródinamica en función de dónde se gana más tiempo (en recta o en curva). Había un tópic sobre la carga en Mónaco y las ventajas de una u otra configuración que me aclaró los conceptos mucho. Si tengo tiempo lo busco y lo cuelgo.

O sea que el Cx nos vale para comparar coches de forma y motor parecido. Pero en cuanto metes alerones, ruedas enormes y motores descomunales pasa a tener menos importancia.

Un saludo.

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http://fa-now.tripod.com
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[PHILIP]

Solo comentar que el Cx es el coeficiente de friccion del monoplaza con el aire en la componente X, es decir, mirandolo desde el "morro". El Cy es el tan comentado "downforce", o fuerza que ejerce el aire sobre el monoplaza, pegandolo al suelo. Y por ultimo del Cz es quizas el que menos influya de los tres, es la fuerza lateral que ejerce el aire sobre el monoplaza.

Tambien comentar que el coeficiente de friccion o rozamiento con el asfalto puede variar mucho ese 2.1 (mu) en cuestion de las condiciones de la pista, es decir, ese coeficiente no es propio del neumatico sino de la interaccion entre el suelo y los neumaticos. Ese 2.1 es impensable en pistas mojadas e incluso puede elevarse significativamente con la temperatura.

Este año se ha visto algo curioso; en pistas lentas, algo vital es el agarre de los neumaticos, por eso los pilotos esperan hasta el ultimo momento para marcar sus vueltas rapidas en clasificacion, gracias a los "restos" que dejan los neumaticos sobre el asfalto. Pero me ha sorprendido en algunas carreras, que contrariamente a lo que dice la teoria, salir en el ultimo momento no es sinonimo de exito puesto que se ha podido acumular goma en exceso y eso a provocado el mal funcionamiento entre la pista y los neumaticos, me explico; el primero que sale a marcar tiempos lo tiene crudo, la pista esta en malas condiciones de adherencia, causada prosiblemente por restos de gravilla, polvo, etc. A medida que van saliendo los pilotos, se va acumulando goma en los puntos claves, como entrada de curvas que, ademas de "limpiar" la pista de esas impurezas, dejan el resto de goma que contribuie a que los que corran a continuacion partan con la ventaja de que sus neumaticos van a conseguir mejor agarre con el suelo impregnado de goma:

mu entre pista normal y neumatico < mu entre pista adherente y neumatico

pero a partir de ciertos valores acumulados de goma, empieza a surgir el efecto contrario, el neumatico patina mas con el exceso de goma.

Esto ultimo es de mi cosecha, no es significativo, pero me ha parecido curioso comentarlo.

[tecnico-poleas]

muy simple pero efectivo

[juannillo]

Hay que ver todo lo que sabeis!!

Seguir así!!

[inferno]

quote:

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Donde un F1 gira a 80km/h el Porsche dificilmente girará más allá de los 65km/h. Como curiosidad señalar que un WRC podría pasar a (mucho) más de 100km/h por ese mismo giro.

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Me lo explique, porfa (lo del WRC). ¿Por mayor carga aerodinámica? ¿Por configuración de suspensiones? ¿Por la tracción total?

[nrg]

Inferno, aqui encontrarás una aproximación a lo que preguntas.

http://rt002mek.eresmas.net/articulos/nrgbrick6.htm

[homer15]

Sobre el tema, creo entender finalmente que el f1 es mas rapido en un circuito porque permite tener una buena velocidad (que tambien la consigue el porsche por lu aerodinamica) pero ademas, es rapido en curvas(por el apoyo aerodinamico, el cual el porsche no consigue igualar)
es eso?

Tambien me viene a la cabeza una pregunta, que tiene bastante que ver con la aerodinamica y el coheficiente de penetracion en el aire.

en los coches de calle, el coheficiente de penetracion ¿es bastante alto, es decir, que no es aerodinamico lo mires por donde lo mires?
sirven de algo, los exagerados alerones que llevan los coches de tuning, o es algo solamente estetico?
es cierto que los diseños de coches de calle se hacen para que el coche entre tambien por la vista?

gracias

[Pep79]

Bueno, haciendo referencia al comentario sobre los alerones que se ponen en los coches de calle se podria decir que es necesario realizar un estudio sobre las caracteristicas del vehiculo, pues un aleron colocado en un lugar equivocado podria llevar comportamientos incontrolados del vehiculo. Me explico, si no tienes mucho dinero y decides poner un aleron de 2 palmos en la parte trasera y dejar la parte delantera con unas simples entradas de aire (juro que lo he visto por la calle a mas de 20), estas rompiendo totalmente la aerodinamica del coche, pues el peso que ejerce el aire sobre el coche queda desproporcionado, haciendo que cualquier situacion de riesgo lleve a una notable inestabilidad y con el peligro que conlleva.

Este comentario es una opinion personal a la que he llegado a base de la logica, si hay alguien especializado que pueda argumentar de mejor manera o corregir errores de mi argumentacion, me haria un favor.