[RISOLTO] F1 ed effetto giroscopio: Motori verticali?

[Guest frallog]

Sappiamo bene cosa sia l'effetto giroscopio, esso rende ad esempio una moto piu' stabile una volta che il motore sia acceso, rispetto a quando questo e' spento, un giroscopio insomma e' un effetto che procura stabilita' provocato da una massa in rotazione, simmetrica rispetto all'asse di rotazione.

Ma proviamo ad esaminare le cose da un punto di vista molto differente, quelle di una vettura di F1 ad esempio, vettura in cui si ricerca la massima instabilita' rispetto alle coordinate polari centrate nel baricentro della stessa.

Indicheremo allora con

L = il momento della quantita' di moto

I momento di inerzia che per un ipotetico albero motore cilindrico varrebbe M K^2 (dove K e' il fattore di forma) = M * 1/2 R^2

n = la frequenza in giri al secondo (dell'albero motore)

z = omega, cioe' la velocita' angolare dell'albero motore (z= 2*Pi*n)

X prodotto vettoriale

F la forza centripeta necessaria a spostare (in direzione della curva) di una certa' entita' il vettore z dell'albero motore. Dunque F e' la forza necessaria a spostare l'asse dell'albero motore lungo la curva, facendo cosi' fare la curva alla vettura.

r il vettore posizione dell'applicazione della forza, in pratica la distanza dell'asse delle ruote rispetto al centro dell'albero motore. Piu' o meno un metro e quaranta cm.

t = momento di forza pari ad rXF

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Si ha allora:

1) L = I z

ma e' vero anche che:

2) dL/dt = t

per cui se il momento fosse nullo (in rettilineo la forza F e' nulla) si ha che L = cost.

Ora in curva invece una parte della forza centripeta (proveniente dall'aderenza delle gomme) viene impiegata per far cambiare direzione al vettore z, e dunque all'albero motore.

Pertendo dalla 2) e dalla definizione del vettore t del momento di forza si ha invero che:

dL/dt = (v.1) = I dz/dt = t = rXF

Ora si puo' anche mostrare che se il momento te' perpendicolare alla forza F il vettore z non cambia in modulo, ma solo in direzoione. Questo e' il nostro caso, in cui la forza centripeta e' diretta verso il centro della curva mentre il vettore posizione e' lungo l'asse della vettura. E' tra l'altro proprio quello che vogliamo ottenere, perche' noi non vogliamo aumentare o diminuire la velocita' di rotazione dell'albero motore, bensi' vogliamo solo cambiarne l'asse di rotazione durante la percorrenza della curva. Si ha allora, passando ai moduli (visto che i vettori sono tutti perpendicolari):

I dz/dt = r F

dunque:

3) dz/dt = r F / I = (vedi definizione di I) = (r F) / ( M/2 R^2 )

ora noi vogliamo appunto massimizzare l'instabilita' e dunque vogliamo massimizzare dz/dt. Dalla (3) emerge che con il motore in asse, per far questo possiamo ricorrere a due possibilita':

a) minimizzare la larghezza dell'albero motore R

minimizzare la massa M dell'albero motore (chi mi conosce sa che io penso a materiali nanostrutturati)

Abbiamo fino ad ora trattato della opposizione dell'albero motore al cambiamento del vettore dL rispetto al cambiamento di direzione imposto dalla forza centripeta applicata dalle ruote. Ora immaginiamo un modo molto semplice per evitare tutto cio': Porre l'asse di rotazione dell'albero motore verticale rispetto alla vettura. In questo modo pur quando la vettura curva l'asse del vettore z non cambia.

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Naturalmente non e' plausibile disporre i motori in verticale, soprattutto se e' solo per annullare l'effetto giroscopio. Pero' pero' pero' chi mi conosce sa che ho piu' volte parlato della tecnica di disallineamento dei cilindri in una bancata, allo scopo di accorciare il motore. Allora ora che i motori di F1 diventeranno degli otto cilindri 2400cc, con la tecnica di disallineamento si arriverebbe a motori lunghi piu' o meno 90mm*2.5+25+25 = 275mm.....

Va be' era solo una ipotesi per parlare, eh? Mi piacerebbe che qualcuno calcolasse in Newton la forza centripeta necessaria a spostare di un certo asse il vettore z in un secondo, con un albero motore di massa 2Kg e di raggio pari alla corsa del pistone pari a 0.04m.

Opinioni in merito sono gradite.

Regards,

Francesco 8)

[Guest frallog]

Beh si', egregio, e' chiaro che bisogna investire (e parecchio) in tecnologia per poter arrivare ad un motore con tecnologia disallineata dei cilindri. Il regolamento lo permette, quello che fissa e' solo il numero dei cilindri.

Regards,

Francesco 8)