Como funciona a aerodinâmica da Stock Car

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Carro sendo testado em túnel de vento para desempenho aerodinâmico. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-A frota de carros de hoje é uma grande melhoria em relação às barbatanas de cauda ornamentais e às estruturas quadradas de antigamente. Os designs modernos e curvilíneos minimizam a força que o ar cria contra o movimento do carro e o resultado é um carro mais elegante e rápido. Como a velocidade é, obviamente, o principal fator nas corridas da NASCAR, a aerodinâmica é um elemento crucial no design de stock car.

Aerodinâmica é o estudo de como o ar se move - especialmente como ele interage com objetos sólidos em movimento. Assim como uma lancha deixa a linha nítida de uma esteira atrás dela na água, um automóvel cria um impacto aerodinâmico ao cortar o ar.

Os designers automotivos e as equipes da NASCAR contam com princípios aerodinâmicos para criar melhorias na potência e no manuseio dos veículos em altas velocidades. Os automóveis de passageiros tornaram-se mais elegantes ao longo dos anos, à medida que os fabricantes descobriram como a simplificação pode aumentar a eficiência do combustível, permitindo que um carro viaje à mesma velocidade usando menos potência. Esses projetos reduzem a resistência do ar ou arrasto aerodinâmico.

-No mundo das corridas de automóveis, pode ser mais importante aumentar a força descendente que o ar exerce sobre as rodas do carro. este downforce é a chave para manter a tração nas curvas fechadas e constantes de uma corrida em pista curta.

A descoberta dos misteriosos poderes do downforce nas últimas décadas levou o mundo das corridas de automóveis a um frenesi de testes em túnel de vento e ajustes sutis nas carrocerias de stock car. Ele mudou a cultura e a prática das corridas de automóveis de uma forma que alguns fãs consideram irritante. A NASCAR teve que intervir e regular cuidadosamente as características aerodinâmicas de cada veículo em competição para manter um campo de jogo nivelado.

-Mesmo os fãs casuais são constantemente expostos à terminologia da aerodinâmica automotiva. Este artigo irá desmistificar a linguagem da NASCAR, começando com o fenômeno de aero push.

Conteúdo
  1. Stock Car Aero Push
  2. Downforce da Stock Car
  3. Elevador Stock Car
  4. Stock Car Drag

Um stock car em alta velocidade perfura o ar enquanto viaja. O ar passa por cima do carro e é desviado pelo spoiler preso ao deck traseiro. Se outro carro seguir imediatamente atrás, nariz com cauda, ​​ele entrará continuamente no espaço aéreo afetado pelo carro da frente.

-O veículo que segue atrás, se chegar a uma certa proximidade, pode tirar vantagem da força aerodinâmica do carro líder. O ar se comporta como se os dois carros fossem um. O ar deslocado atrás do carro da frente cria um vácuo parcial que suga o carro que está à frente em uma velocidade maior, ou na mesma velocidade com esforço reduzido do motor e menor consumo de combustível. Isso é chamado esboço. Ambos os carros podem viajar mais rápido do que qualquer um deles sozinho [fonte: Turner].

O draft pode ser uma técnica de corrida muito poderosa, mas tem um sério risco. O carro que segue sofre uma redução de downforce em seus pneus dianteiros, resultando em uma perda de estabilidade e dirigibilidade ao sair das curvas. Isto é aero push, também chamada de condição "rígida", exigindo que o motorista que está atrás do motorista desacelere para recuperar a tração [fonte: ESPN].

O Aero push força os motoristas a fazer cálculos cuidadosos. Por um lado, muitos pilotos podem permanecer competitivos em uma corrida acirrada pegando carona no veículo da frente, aproveitando o aumento da força e a diminuição do esforço do motor. Os efeitos são especialmente benéficos imediatamente. Nas curvas, porém, os perigos entram em jogo na capacidade de manobra reduzida e maior probabilidade de perder o controle.

O Aero push se tornou quase a característica dominante das corridas da NASCAR. Os fãs reclamaram que as corridas perderam um pouco de seu apelo, pois os pilotos permanecem em posições fixas por longos períodos de cada vez. Os motoristas desafiam menos uns aos outros, andando em fila única apertada em vez de lado a lado. Do lado positivo, um maior número de veículos pode ficar perto do líder da embalagem.

Aero push - e toda a aerodinâmica de corrida, nesse caso - tem tudo a ver com o downforce.

No ar

Na cobertura da NASCAR da ESPN, um truque de efeitos especiais chamado Draft Track mostra aos espectadores como o aero push funciona em tempo real, representando correntes de ar por meio de sopros verdes animados na tela [fonte: Hiestand].

Downforce é uma força descendente produzida pela pressão do ar, que cria uma pressão mais forte entre o pneu e a superfície da estrada. O princípio envolvido é o mesmo que dá sustentação aos aviões, mas ao contrário.

A força aerodinâmica resulta das diferenças de pressão nas laterais do objeto em movimento. Os métodos mais comuns para aumentar a força descendente de um veículo envolvem a redução da pressão do ar debaixo do veículo.

Para a maior parte, qualquer aumento na força descendente também trará um aumento concomitante no arrasto aerodinâmico. Para o demônio da velocidade, mais arrasto significa velocidades mais baixas nas retas Mas mais downforce significa melhor manuseio nas curvas, pois os pneus aderem à pista com mais segurança.

-Engenheiros automotivos e equipes de box se esforçam para manter as duas forças em equilíbrio. Em uma pista como Daytona, com suas longas retas e curvas inclinadas e agudas, os designs tendem a manter o arrasto no mínimo. Para corridas em pista curta, a estratégia é invertida - como o piloto gasta mais das curvas de negociação da corrida, uma ênfase na força descendente levará a uma maior velocidade geral e também a uma maior segurança [fonte: Tierney].

Conseguir mais downforce manipulando carrocerias de carros de corrida é uma tarefa obsessiva no negócio de stock car. Talvez o melhor lugar para começar seja no nariz do veículo. Um porta-objetivas com ângulo adequado, colocado baixo no solo, direciona a maior parte do ar para cima, por cima do teto do carro. O objetivo é criar uma área de baixa pressão, ou vácuo parcial, sob o nariz [fonte: Circle 304].

Os poços das rodas são outra área a ser modelada. A abertura do poço da roda, na frente do pneu, forçará o ar comprimido para longe das laterais e da parte inferior do carro, diminuindo ainda mais a pressão do ar [fonte: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

Por todas as proezas tecnológicas devotadas à construção de downforce atrás das rodas dianteiras do stock car, é fundamental considerar o equilíbrio. A parte traseira do carro deve ter sua parcela de força descendente para lidar adequadamente.

-Estudar downforce significa prestar atenção à sua força oposta, levantar.

Barra lateral de saias laterais

Saias laterais -- Longas peças horizontais baixas ao longo da lateral de um veículo - foram desenvolvidas nas corridas de automóveis como uma forma de reduzir a pressão do ar por baixo e ganhar força descendente. Mas esse recurso externo pode ser derrubado do veículo, resultando em uma perda repentina de força descendente e alta probabilidade de um acidente [Fonte: Cislunar Aerospace]. Muitas autoridades de corrida proibiram as saias laterais, mas elas continuam sendo uma característica chamativa de certos carros de passageiros [Fonte: BMW].

-As asas de um pássaro ou de uma aeronave são os produtores mais óbvios de lift. Mas a sustentação não significa necessariamente uma força ascendente contrariando a gravidade. Na verdade, downforce é uma forma de elevação - elevação negativa.

A sustentação é a força aerodinâmica perpendicular à direção do corpo em movimento. Inversamente, arrastar é uma força de resistência paralela a, mas vindo de forma oposta, ao objeto em movimento. Lift - coloquialmente chamado de força em direção ao céu -- geralmente está presente em um grau ou outro em um objeto em movimento. Como a força de sustentação e a força descendente são forças opostas, parte do esforço para construir um stock car com uma força descendente forte envolve superar a força de sustentação.

-Os objetivos da engenharia são reduzir a quantidade de ar que flui por baixo do chassi para garantir uma atração mais próxima entre os pneus e o solo e fornecer escape fácil para o ar que passa por baixo.

Stock cars são caracteristicamente projetados com ancinho -- o que significa que a traseira do carro está mais alta do que a parte dianteira do chassi. Ele mantém a pressão sob o carro baixa, evitando a elevação.

Spoilers, barragens de ar frontal e asas produzem esse efeito. A barragem de ar é montado embaixo do pára-choque dianteiro para bloquear o fluxo de ar embaixo do corpo. Os apêndices das asas, usados ​​em carros de Fórmula 1 e Indy, são virados de cabeça para baixo para fornecer força descendente em vez de sustentação.

Os carros de corrida ocasionalmente ficam no ar, apesar desses dispositivos. O perigo está especialmente presente quando um carro está girando, o que altera radicalmente as forças aerodinâmicas em jogo. Durante um giro em alta velocidade, o ar pode se mover rapidamente o suficiente sobre o telhado e o capô para produzir uma poderosa força de sustentação.

Diversas inovações de segurança são instaladas nos veículos NASCAR para tais emergências, como uma janela embutida do lado direito. Stock cars circulando em pistas ovais à esquerda têm maior probabilidade de mostrar sua face direita em um giro. A borda afiada da janela do lado direito desvia o ar em vez de deixá-lo fluir livremente sobre o telhado. Os flaps recuados no teto do carro, outro recurso de segurança, começam a aumentar se a pressão do ar cair repentinamente acima do carro, bloqueando o fluxo de ar [Fonte: Leslie-Pelecky].

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Ciência Rápida

Se você está curioso sobre aerodinâmica, faça pesquisas adicionais na Internet ou em sua biblioteca local. Um livro de 2008 chamado "The Physics of NASCAR: How to Make Steel + Gas + Rubber = Speed", de Diandra Leslie-Pelecky, explica a aerodinâmica e outros princípios científicos no automobilismo.

O arrasto aerodinâmico é a força do ar ao longo do comprimento do carro em movimento, opondo-se à força do carro. À medida que o carro abre caminho no ar, algumas moléculas de ar colidem com o para-choque dianteiro, produzindo resistência.

-Outras moléculas fluem ao longo do capô, apenas para bater no pára-brisa - outra fonte de resistência. O ar que desliza suavemente sobre o teto torna-se turbulento acima da janela traseira e atrás do carro, exercendo uma força para trás no veículo.

Velocidade, densidade do ar e tamanho, forma e design do carro determinam a magnitude da força de arrasto de um carro.

“Um carro mais rápido experimenta mais arrasto porque tem que empurrar as moléculas de ar para fora do caminho mais rápido”, explica Diandra Leslie-Pelecky em seu livro, “The Physics of NASCAR”. "O ar denso aumenta o arrasto porque há mais moléculas de ar atingindo cada área do carro. Uma área de seção transversal maior aumenta o arrasto porque mais moléculas de ar precisam ser removidas do caminho" [fonte: Leslie-Pelecky].

O arrasto é o principal obstáculo à aceleração e velocidade de corrida. Estima-se que um carro de passeio em uma rodovia gasta cerca de 60 por cento de sua energia superando a resistência do ar, uma porcentagem muito maior do que o atrito do pneu e as necessidades de energia do próprio trem de força [fonte: Beauchamp].

Derrotar o arrasto foi o primeiro grande foco da aerodinâmica automotiva, começando na década de 1960. Ainda é a variável mais importante nas condições de corrida que colocam um prêmio menor no downforce, como pistas mais longas com mais retas.

As linhas elegantes, os pára-brisas inclinados e os cantos arredondados dos carros de corrida modernos - e carros de passeio - foram projetados para minimizar o arrasto. Mas a busca por carros de corrida com alta downforce líquida às vezes leva a um arrasto adicional. O spoiler traseiro encontrado nos veículos da NASCAR é um exemplo: ele aumenta a resistência ao distribuir o peso da frente para a traseira do carro [fonte: Circle Track]. A aerodinâmica continua sendo um campo vibrante e jovem da engenharia, com muitas inovações ainda por vir.

Para ficar por dentro das últimas inovações em aerodinâmica, visite os links na próxima página.

Aerodinâmica e eficiência de combustível

Os motoristas comuns não precisam se preocupar com a força descendente de seus veículos, mas os carros de passeio podem reduzir o arrasto abaixando o chassi, adicionando uma represa de ar, roda e carenagens do capô [fonte: Beauchamp].

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Fontes

  • Associated Press. "Seguindo com o fluxo." (Acessado em 15/12/08) http://hosted.ap.org/specials/interactives/nascar2005/aerodynamics/aerodynamics.swf
  • Beauchamp, Warren. "Aerodinâmica de automóveis de passageiros." (Acessado em 15/12/08) http://www.recumbents.com/car_aerodynamics/
  • BMW. "Saias laterais BMW." (Acessado em 17/12/08) http://www.bmwsideskirts.com/history.php
  • Boone, Jerry F. "Bad Air? The Physics Behind Auto Racing." Corrida de Stock Car. (Acessado em 14/12/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0301_the_physics_behind_auto_racing/index.html
  • Boone, Jerry F. "Aerodinâmica de carros de corrida - Short Track Auto." Corrida de Stock Car. (Acessado em 14/12/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0702_race_car_aerodynamics/index.html
  • Pista do Círculo. "Aerodinâmica - Stock Car Aero definido." (Acessado em 14/12/08) http://www.circletrack.com/techarticles/0304_aerodynamics_tech_definitions/index.html
  • Cislunar Aerospace. "Aerodinâmica e carros de corrida." K-8 Aeronautics Internet Textbook. (Acessado em 15/12/08) http://wings.avkids.com/Book/Sports/advanced/racecar-01.html
  • ESPN. "Aero Push." (Acessado em 14/12/08) http://sports.espn.go.com/rpm/nascar/icons/news/story?id=3426389
  • Hiestand, Michael. "ESPN mostrará o invisível da NASCAR." EUA Hoje, 24 de julho de 2007. (Acessado em 15/12/08) http://www.usatoday.com/sports/columnist/hiestand-tv/2007-07-24-ESPN-NASCAR_N.htm
  • Leslie-Pelecky, Diandra. A Física da NASCAR: Como Fazer Aço + Gás + Borracha = Velocidade. Dutton: 2008. (Acessado em 17/12/08 por meio do Google Livros) http://books.google.com/books?id=OAK3yFlHoTAC
  • Tierney, John. "Screech and Slam da NASCAR? É tudo aerodinâmica." New York Times, 12 de fevereiro de 2008. (Acessado em 15/12/08) http://www.nytimes.com/2008/02/12/science/12tier.html?pagewanted=all
  • Turner, Charlie. "Rascunho e Aero." Corrida de banco com Steve e Charlie. (Acessado em 16/12/08) http://benchracing.typepad.com/bench_racing_with_steve_a/drafting_and_aero.html

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