L’epoca dell’effetto suolo – I concetti della fisica

Nella seconda metà degli anni Settanta, fra un pantalone a zampa d’elefante, un viaggio sul Volkswagen Transporter T1 tutto colorato e gli improbabili baffoni dei giovani, iniziano a far capolino nel dizionario d’uso comune parole strane come “effetto suolo”, “wing-car”, “profilo alare” e “minigonne”, dando il via ad un’epoca tecnico-sportiva che ancora oggi desta curiosità e fascino.

Dopo più di trent’anni, cercheremo di dare una nuova luce a questi misteriosi vocaboli, magari incuriosendo e spingendo all’approfondimento chi allora non c’era, facendo pure scendere una lacrima di nostalgia a quanti all’epoca vivevano i loro anni migliori.

La mezza decade che ha segnato un netto e radicale cambio nella concezione di una vettura da corsa era nata sotto la compiuta espressione della meccanica italiana con la famiglia delle Ferrari con il cambio trasversale ed il motore a 12 cilindri a V piatta di 180°,nato dalla genialità di Mauro Forghieri. Nonostante la scena fosse ampiamente in mano a delle monoposto, tutto sommato, ancora legate ad una concezione tradizionale, in altri lidi più di qualcuno continuava gli studi, i cui albori risalgono agli anni Sessanta, sul trarre vantaggio da quanto Madre Natura tramite l’aria ci offre gratuitamente ed in quantità illimitata, iniziando a vederla come “un’amica” e non più come un’inutile resistenza da vincere per andare più veloci.

Intuitivamente tutti pensiamo che, se non ci fosse l’aria, l’automobile o la bicicletta andrebbero più veloci consumando meno benzina o risparmiando i muscoli dalla fatica invece, cosa strana, l’applicazione concreta fatta da Venturi di un principio fisico scoperto da Bernoulli, ha permesso di conseguire, assieme all’impiego dei profili alari, due grandi risultati:

• Impiegare l’aria per “schiacciare” a terra la vettura aumentandone il peso ben oltre a quanto riporta la bilancia.

• Sfruttare le differenze di pressione e di velocità dell’aria per generare un “risucchio” della vettura verso il suolo.

Prima di addentrarci nella discussione dei punti soprastanti, diamo uno sguardo a quanto ci hanno lasciato in eredità il signor Bernoulli, il signor Venturi ed il mondo delle scienze meccaniche.

• PRINCIPIO DI BERNOULLI: in un fluido (liquido od aeriforme che sia) la somma dell’energia derivante da pressione, posizione e velocità è costante, ossia se diminuisce la velocità aumenta la pressione o se aumenta la velocità diminuisce la pressione.

• TUBO DI VENTURI: rappresenta l’applicazione pratica del principio di Bernoulli mediante il graduale restringimento di un canale in cui passa un fluido ed il suo allargamento più o meno marcato. Questa conformazione permette infatti di osservare che, alla diminuzione della sezione la velocità aumenta facendo decrescere la pressione, la quale aumenta nel momento in cui la velocità diminuisce all’ingrandimento della sezione di passaggio. Grazie a questo fatto è basato il principio dell’ala che fa volare gli aerei.

• ADERENZA: è la magica e dannata commistione fra il pneumatico e la superficie sulla quale rotola, responsabile di tutti i movimenti di trazione, frenata e sterzata, direttamente correlata alla qualità della gomma, alla tipologia del fondo ed alla componente verticale dell’insieme delle forze che che gravano sull’intero veicolo. Grazie all’importanza estrema delle forze verticali che agiscono sulle ruote, è nata l’applicazione dei profili alari e dell’effetto suolo di cui parleremo in seguito.

• PROFILO ALARE: si tratta di un solido a sezione asimmetrica conformato in modo tale da permettere da un lato il passaggio dell’aria in modo più veloce rispetto all’altro, comportando così una differenza di pressione “responsabile” di far alzare l’aereo o di schiacciare al suolo una vettura a seconda di come viene impiegato il profilo alare. Il  “funzionamento” di un ala può essere facilmente compreso eseguendo un semplice esperimento: tenendo all’altezza della bocca un foglio di carta e soffiando forte sulla parte superiore del foglio, si nota infatti che questo tende ad alzarsi proprio per la diminuzione di pressione che si provoca accelerando l’aria che si trova sopra il foglio. Ipotizzando di esguire la prova al contrario, si può intuire l’effetto di schiacciamento che provoca un profilo alare “rovesciato” come nelle macchine da corsa.

In figura è riportato lo schema di un profilo alare tradizionale, in una monoposto accade esattamente il contrario.

Fatte le dovute precisazioni a livello fisico, il progresso tecnico ha permesso di ottenere dei concreti risultati applicabili sia alle auto da competizione ed in minor misura alle auto di serie sui seguenti punti:

• SCHIACCIARE A TERRA LA VETTURA (PROFILI ALARI): l’applicazione “al contrario” di quanto si fa in un aeroplano di uno o più profili alari alla carrozzeria di una vettura comporta un effetto di schiacciamento chiamato in gergo “downforce” variabile in funzione della velocità, per il fatto che l’aria scorre più velocemente nella parte inferiore dell’ala, con una conseguente diminuzione di pressione che, rispetto alla parte superiore del profilo dove l’aria scorre più lentamente con un aumento di pressione, genera una forza diretta verso il basso che rende “più pesante” la vettura.

• VINCERE LA RESISTENZA DELL’ARIA (AERODINAMICA): è proprio grazie alla conoscenza di quanto è in grado di “regalare” e “togliere” l’aria dal punto di vista energetico che le vetture hanno cominciato ad assumere forme sempre più strane ed efficienti, cercando di coniugare la facilità di penetrazione mediante carrozzerie di sezione stretta (sulla falsariga delle vetture a “sigaro” viste fino a qualche anno prima) con la forte resistenza all’aria che offrono i profili alari. E’ strana come cosa, ma proprio qui si gioca buona parte della riuscita di un progetto di una vettura da corsa: un profilo alare di per sé rappresenta un assurdo, in crea una forte resistenza all’avanzamento su strada rettilinea di un’automobile però, dato che i tracciati sono composti, gioco forza anche da curve, la storia ha spesse volte insegnato che è più importante andare forti in curva che in rettilineo, necessitando così di una grande spinta verso il basso generata dai profili alari. Sul sottile equilibrio fra buona penetrazione aerodinamica e buona downforce si basano di conseguenza i progetti delle vetture, togliendo il sonno ad intere generazioni di progettisti e tecnici.

• SFRUTTARE IL RISUCCHIO DEL FONDO VETTURA (EFFETTO SUOLO): come logica conseguenza del grosso problema del coniugare velocità in curva ed efficienza in rettilineo, le vetture hanno visto l’applicazione del “Tubo di Venturi” nel loro fondo, dando così il via al nocciolo della questione, “l’effetto suolo.” Volendo ridurre le dimensioni dei profili alari, divenute notevolmente grandi per generare molta downforce e di conseguenza nemici assoluti della velocità su strada dritta, si è pensato di costruire sul fondo delle monoposto una sorta di “Tubo di Venturi”, creando un canale che partiva all’altezza dell’avantreno per restringersi gradualmente fino a circa tre quarti del fondo macchina, iniziando poi ad allargarsi nuovamente al retrotreno. Così facendo, l’aria che è costretta a passare sotto la macchina viene incanalata in una “tubazione” che si restringe, aumentando così la sua velocità e diminuendo di conseguenza la pressione, risultato? Il fondo vettura si trova ad una pressione inferiore rispetto alla parte superiore della macchina, venendo quindi “schiacciata” da questo risucchio chiamato “effetto suolo”. L’allargamento finale delle sezione servirà poi per ristabilire le condizioni normali di pressione e velocità dell’aria, evitando fastidiosi e dannosi vortici all’altezza del retrotreno.

• SIGILLARE IL FONDO VETTURA (LE MINIGONNE): ultimo passo dell’evoluzione dell’applicazione del “Tubo di Venturi” ad una macchina da corsa è stato determinato dalla ricerca di un sistema leggero e semplice che permettesse il più possibile di “sigillare” il fondo vettura con l’asfalto della pista, con delle lamine in materiale resistente allo sfregamento che strisciassero sul fondo stradale per impedire l’entrata di aria a pressione ambiente dai lati, vanificando così il prezioso risucchio garantito dall’accelerazione dell’aria nel “Tubo di Venturi”. Queste lamine, chiamate anche bandelle, sono diventate famose con l’appellativo di “minigonne”, rendendo così celebre al pubblico generalista uno strumento aerodinamico che altrimenti sarebbe rimasto nell’anonimato assieme alle altra migliaia di parti che compongono una monoposto.

Continua…

                                  Jona Ceciliot