Kodėl lenktyniniai automobiliai turi spoilerius?
Trumpas atsakymas: Lenktyniniuose automobiliuose yra spoileriai, kurie stumia automobilį žemyn ant trasos. Ši papildoma jėga žemyn, vadinama prispaudimo jėga, padeda automobiliui greičiau pasisukti ir išlikti stabiliam dideliu greičiu, neslystant.
Pagrindinė mintis
Oras stumia viską, kas juo juda, įskaitant automobilius. Spoileris yra suformuotas taip, kad pakeistų oro srautą virš automobilio. Kai kuriose vietose jis pakreipia ir pagreitina orą, o kitose – sulėtina.
Tai sukuria grynąjį stūmimą žemyn, vadinamą prispaudimo jėga. Prispaudimo jėga spaudžia padangas į kelią, kad jos geriau sukibtų. Geresnis sukibimas reiškia, kad automobiliai gali greičiau įveikti posūkius ir greičiau stabdyti.
Spoilerius galima reguliuoti, kad būtų subalansuotas greitis ir valdymas skirtingose trasose ir oro sąlygose. Be spoilerio greitas automobilis gali pakilti arba slysti ir tapti nesaugus arba lėtesnis posūkiuose ir nelygumose, kad padangos pakankamai gerai sukibtų su keliu.
Kaip tai veikia moksliškai
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikis/dėsnis: Aerodinaminė prispaudimo jėga, paaiškinta Bernulio principu ir Niutono judėjimo dėsniais.
Spoileriai keičia oro, tekančio virš ir už automobilio, greitį ir kryptį. Kai oras nukreipiamas taip, kad greitėtų virš paviršiaus, slėgis ten sumažėja (Bernulio principas). Kai oras yra priverstas kristi žemyn už spoilerio, automobilis patiria lygiavertę ir priešingą žemyn nukreiptą reakciją (trečiasis Niutono dėsnis).
Kartu šie efektai sumažina slėgį virš automobilio dalių ir stumia automobilį link trasos, padidindami padangų normaliąją jėgą ir sukibimą. Inžinieriai parenka spoilerio formą ir kampą, kad sukurtų tinkamą pusiausvyrą tarp prispaudimo jėgos ir aerodinaminio pasipriešinimo (oro pasipriešinimo). Per didelė prispaudimo jėga gali sulėtinti automobilį tiesiose atkarpose, nes padidėja pasipriešinimas, todėl dizaineriai randa kompromisą, atsižvelgdami į lenktynes.
Kaip mes tai žinome: Inžinieriai matuoja jėgas vėjo tuneliuose, montuoja jutiklius ant tikrų automobilių ir atlieka kompiuterinius skysčių dinamikos modeliavimus, kad išbandytų spoilerių formas ir kampus.
Kur tai pastebėsi
- Formulės 1 automobiliai: dideli daugiaelementiai sparnai sukuria didžiulę prispaudimo jėgą staigiems posūkiams.
- Sportiniai automobiliai lenktynių trasose: reguliuojami spoileriai leidžia vairuotojams pritaikyti sukibimą skirtingoms trasoms.
- Turistiniai automobiliai ir GT lenktyniniai automobiliai: galiniai sparnai ir maži priekiniai oro skirstytuvai veikia kartu, kad būtų užtikrintas subalansuotas valdymas.
- Kai kurie plentiniai automobiliai: maži spoileriai suteikia stabilumo važiuojant greitkelio greičiu ir pagerina stabdymo pojūtį.
Eksperimentas
Popierinio automobilio spoilerio testas
Sauga: Būkite atsargūs su žirklėmis; prireikus paprašykite suaugusiojo pagalbos.
Priemonės
- žaislinis automobilis arba mažas kartoninis automobilis
- kartonas arba standus popierius
- žirklės
- lipni juosta
- žymeklis
- lygi rampa arba lygios grindys
Žingsniai
- Pagaminkite nedidelį kartoninį spoilerį, iškirpdami 4–6 cm stačiakampį ir sulankstydami mažą juostelę lipniai juostai.
- Priklijuokite spoilerį prie žaislinio automobilio galo taip, kad jis kyšotų kaip sparnas; palikite kitą automobilį be spoilerio palyginimui.
- Nustumkite abu automobilius žemyn lygiu paviršiumi arba paleiskite juos nuo to paties rampos nuolydžio ir stebėkite, kaip tiesiai jie važiuoja.
- Išbandykite skirtingus spoilerių kampus (pakreipkite aukštyn arba žemyn) ir bandykite dar kartą.
- Palyginkite, kuris automobilis išlieka stabilesnis, o kuris labiau sukasi arba slysta. Ką tai rodo: Spoileris keičia oro srautą ir gali priversti automobilį stabiliau sekti žemę, pagerindamas stabilumą.
Naudingi terminai
- Prispaudimo jėga: žemyn nukreiptas oro stūmimas, padedantis automobiliui prispausti prie kelio.
- Tempimas: oro pasipriešinimas, kuris lėtina automobilį jam judant į priekį.
- Spoileris: sparno formos įtaisas, kuris keičia oro srautą, kad padidintų prispaudimo jėgą arba sumažintų keliamąją jėgą.
- Bernulio principas: taisyklė, kad greičiau judančio oro slėgis yra mažesnis nei lėtesnio oro.
Vaikai klausia
Ar spoileriai pagreitina automobilius?
Jie gali pagreitinti automobilį posūkiuose, padidindami sukibimą su kelio danga, tačiau jie gali padidinti pasipriešinimą, kuris gali sulėtinti automobilį tiesiose atkarpose.
Ar spoileriai yra tik lenktyniniuose automobiliuose?
Ne, kai kurie plentiniai automobiliai turi mažus spoilerius stabilumui užtikrinti, tačiau lenktyniniai automobiliai naudoja daug didesnius ir reguliuojamus.
Ar spoileris gali sukelti avarijas?
Prastai suprojektuotas arba sugedęs spoileris gali pakenkti valdymui, todėl komandos juos atidžiai išbando ir prižiūri.
Ar spoileris yra tas pats, kas sparnas?
Jie yra panašūs; abu formuoja oro srautą, tačiau „spoileris“ dažnai reiškia įtaisus, kurie sutrikdo keliamąją jėgą, o „sparnas“ yra suformuotas taip, kad sukurtų prispaudimo jėgą.