Bij de Formule 1 worden elk jaar de reglementen aangepast om te zorgen dat de races spannend blijven. In het Technisch Weekblad van 8 november 2021 stond een overzicht van een aantal maatregelen.
De eerste aanpassing heeft te maken met de spoilers, zoals de voor- en achtervleugel genoemd worden.
Om de bochten met grote snelheid te kunnen nemen zijn F1-wagens namelijk in hoge mate afhankelijk van de neerwaartse druk, downforce genoemd. De voorvleugel en de achtervleugel zijn verantwoordelijk voor de neerwaartse druk en dat geeft meer grip van de banden op het wegdek.
a) Leg uit hoe de vleugels voor een kracht naar beneden zorgen.
De lucht gaat over de vleugels die de lucht naar boven afbuigen. Daardoor (volgens de derde wet van Newton) werkt er een kracht naar beneden op de auto.
b) Leg uit dat hierdoor de grip op de weg toeneemt.
Voor de wrijvingskracht geldt Fw = f . FN. De grootte van de normaalkracht FN is gelijk aan de kracht van de auto op de bodem. Dus een grotere neerwaartse kracht geeft een grotere wrijvingskracht en dus meer grip.
c) Leg uit waarom dit met name in de bochten belangrijk is.
In de bocht is een grotere wrijvingskracht nodig om de middelpuntzoekende kracht te leveren voor de cirkelbeweging in de bocht.
Op de tweede plaats is er het DRS (drag reduction system) waarbij de achtervleugel openklapt op het moment dat de auto op een recht stuk binnen een seconde van zijn voorganger zit.
d) Leg uit dat door de vleugels de luchtwrijving op de auto toeneemt.
Doordat de lucht op de vleugels drukt, kan die minder gemakkelijk stromen dan zonder vleugels. Dus is de luchtwrijving groter geworden.
e) Leg uit waarom op rechte stukken de DRS gebruikt mag worden en niet in de bochten.
Op de rechte stukken is minder grip nodig dan in bochten.
De vleugels werken allemaal optimaal wanneer de wagens door stilstaande lucht rijden. Maar als een F1-bolide met bijvoorbeeld 180 km/h rijdt, verstoort die de lucht achter zich. Daardoor kunnen auto's die er kort achter zitten, de auto niet inhalen.
Nieuwe technische reglementen moeten deze effecten tegengaan.
f) Leg uit dat gebruik van DRS hierbij helpt.
Bij DRS wordt minder lucht afgebogen, waardoor de lucht minder verstoord wordt.
Grotere wielen
Ook het draaien van de wielen geeft luchtwervelingen. Om dit te verminderen, krijgen de nieuwe auto’s grotere wielen.
g) Leg uit dat hierdoor de wervelingen minder kunnen worden.
Grotere wielen maken, bij de zelfde snelheid van de auto, minder omwentelingen per seconde en verstoren dus minder de lucht.
Trucje: Ground effect
In 1979 kwam het Formule 1 Team van Lotus met een vondst die zijn auto's destijds sneller maakte. Het betrof lange tunnels onder de auto die naar achteren toe groter werden.
h) Leg uit dat hierdoor de luchtdruk aan het einde van de tunnels lager wordt.
De tunnels worden breder zodat de lucht die erdoor stroomt steeds meer ruimte krijgt en uitzet, wat een lagere druk levert.
Bovendien zijn die tunnels in het midden minder diep dan voor en achter. Hierdoor ontstaat een onderdruk onder de auto die hem tegen het wegdek zuigt, zonder dat luchtweerstand veel toeneemt.
De werking berust op een natuurkundig effect, venturi-effect genoemd.
i) Zoek op wat het venturi-effect is.
Wikipedia geeft bij Venturi-effect:
Een venturi is een doelbewust in een stromingskanaal voor vloeistof of gas aangebrachte vernauwing. Doordat het passerende medium een snelheidsverhoging ondergaat, ontstaat op die plek een drukverlaging: het venturi-effect.
De druk bij 1 is hoger dan bij 2 (drukverschil is 'h')
j) Leg nu uit hoe hierdoor de neerwaartse kracht op de auto groter wordt.
Doordat de lucht in het midden een nauwere opening heeft, stroomt die sneller. Hierdoor wordt de druk van die lucht lager. Dus er is een netto druk en dus ook een nettokracht naar beneden op de auto.
k) Leg uit waardoor de luchtweerstand hierdoor niet of nauwelijks toeneemt.
De lucht stroomt niet tegen onderdelen van de auto, maar erlangs.
l) Leg uit waardoor inhalen hierdoor gemakkelijker wordt.
Er is veel minder verstoorde lucht die de werking van spoilers tegengaat.
Deze vondst werd na 1979 al gauw verboden. Het nieuwe technisch reglement moet inhaalduels veiliger maken door auto’s beter bestuurbaar te maken en moet er bovendien voor zorgen dat dit soort duels vaker voorkomen op de baan. De tunnels zijn lang verboden geweest, maar komen dit jaar weer terug.
