Формула 1: науката за скоростта
Как болид от Формула 1 стига над 350 км/ч, защо крилата го притискат към пътя и как питстопът трае под 2 секунди.
Здрасти, Боби е тук! Представи си кола, която теоретично може да кара по тавана на тунел. Звучи като шега, но физиката казва друго. Закопчай колана, тръгваме!
История от живота
На 29 ноември 2020 г., в първата обиколка на Гран При на Бахрейн, болидът на Ромен Грожан се удря в мантинелата с около 190 км/ч. Колата се разцепва на две и избухва в пламъци. Само две години по-рано отборите се оплаквали, че новата защита около главата на пилота, наречена Halo, изглежда грозно. Именно Halo отмества металната ограда от главата на Грожан. Около 28 секунди по-късно той сам излиза от огъня, с изгаряния по ръцете, но жив. Днес никой не казва, че Halo е грозна: инженерите го наричат едно от най-важните изобретения в спорта.
Разбери го стъпка по стъпка
- Крилата работят наобратно
Крилото на самолета е оформено така, че да го вдига нагоре. Крилата на болида са обърнати и натискат колата надолу. Тази сила се казва притискаща сила (downforce). При висока скорост тя е толкова голяма, че на теория надвишава теглото на колата, затова се говори, че болидът може да кара по тавана.
- Защо е важно притискането
Колкото по-силно гумите са притиснати към асфалта, толкова по-голямо е триенето. Повече триене значи, че колата може да влиза в завоите много по-бързо, без да се изплъзне. Минусът: крилата създават и съпротивление на въздуха, което забавя колата на правите.
- DRS: копчето за изпреварване (до 2025 г.)
До края на 2025 г. на някои прави участъци пилотът, който беше на по-малко от 1 секунда зад съперника, можеше да отвори клапа на задното крило. Съпротивлението падаше и колата набираше още около 10 до 20 км/ч. От 2026 г. правилата са нови: крилата на всички коли се регулират на правите, а догонващият получава допълнителна електрическа мощност за изпреварване.
- Двигател и спирачки
От 2014 г. болидите имат малък 1,6-литров турбо двигател V6 плюс електромотори, т.е. са хибриди. Въглеродните спирачни дискове се нагорещяват до над 1000 °C и могат да спрат колата от 200 км/ч до 0 за около 3 секунди. При такова спиране пилотът е натиснат напред със сила около 5 пъти теглото му.
- Гумите
Сухите гуми са напълно гладки (без шарка), за да има максимално много гума върху асфалта. Те работят най-добре, когато са горещи, около 100 °C. Ако завали, отборите слагат гуми с канали, които изхвърлят водата.
Представи си така: Застани пред включен вентилатор и сложи дланта си в струята, като внимаваш да не я пъхаш близо до перките. Ако наклониш дланта с предния край надолу, въздухът я бута надолу. Точно това правят крилата на болида, само че с огромна сила и с цялата кола.
- Първо състезание за световната титла
- 13 май 1950 г., Силвърстоун, Англия
- Максимална скорост
- над 350 км/ч
- 0 до 100 км/ч
- около 2,5 секунди
- Двигател
- 1,6 л V6 турбо + електромотори (от 2014 г.)
- Спирачни дискове
- над 1000 °C
- Най-бърз питстоп (към 2024 г.)
- 1,80 с, Макларън, 2023 г.
- Най-много титли при пилотите
- 7: Михаел Шумахер и Луис Хамилтън (към 2025 г.)
Решени примери
Защо болидите минават завоите по-бързо от най-бързите спортни коли, които можеш да видиш на улицата?
Защото притискащата сила ги „лепи“ за пистата. Обикновената кола разчита основно на теглото си, а болидът добавя и силата от въздуха. Колкото по-бързо кара, толкова по-силно се притиска.
Колко метра изминава болид за 1 секунда при 300 км/ч?
300 км/ч = 300 000 м за 3600 секунди. 300 000 : 3600 ≈ 83 м. Значи за една секунда колата изминава почти дължината на футболно игрище.
Защо питстопът трябва да е толкова бърз?
Докато колата стои, съперниците карат с пълна скорост. Всяка изгубена секунда значи около 80 м назад. Затова около 20 механици сменят 4 гуми за около 2 секунди, а към 2024 г. рекордът е 1,80 секунди (Макларън, 2023 г.).
Внимавай с тези грешки
- Във Формула 1 печели само този с най-силния двигател.Двигателите на отборите са доста близки. Огромна разлика правят аеродинамиката, гумите, стратегията за питстопове и пилотът.
- Пилотите просто седят и въртят волана, не е истински спорт.Пилотите издържат натоварване до около 5-6 пъти теглото си в завои и при спиране, в кабина, където е много горещо. В горещо състезание могат да изгубят 2-3 кг вода с потта. Тренират шията, сърцето и реакциите си всеки ден.
- По-гладката гума се хлъзга повече.На сух асфалт е обратното: гладката гума допира пътя с по-голяма площ и държи по-добре. Шарка трябва само при вода, за да я изхвърли.
Задачи
Лесни
Изгледай с разрешение на родител кратко видео от питстоп. Преброй колко механици виждаш около колата.
Подсказка
Брой само по едната страна и после удвои.
Отговор
Около 20 души (по няколко на всяка гума, плюс крикове и други).
Нарисувай болид отстрани и отбележи със стрелки къде въздухът натиска колата надолу.
Подсказка
Крилата са в предната и задната част.
Отговор
Стрелки надолу при предното и задното крило и под пода на колата.
Средни
Болид кара с 324 км/ч. Колко метра изминава за 1 секунда?
Подсказка
Превърни км/ч в м/с, като разделиш на 3,6.
Отговор
90 м (324 000 : 3600 = 90).
Пилот губи 0,5 секунди на питстоп спрямо съперника. Ако карат с 288 км/ч, на колко метра зад него ще излезе?
Подсказка
Първо намери м/с.
Отговор
40 м (288 : 3,6 = 80 м/с; 80 × 0,5 = 40).
Трудни
Състезание има 57 обиколки по 5,4 км. Колко км е цялото състезание? Ако средната скорост е 200 км/ч, колко време приблизително трае?
Подсказка
Разстояние = обиколки × дължина; време = разстояние : скорост.
Отговор
307,8 км; около 1,54 часа, т.е. около 1 час и 32 минути.
Измисли: защо DRS беше разрешено само когато си на по-малко от 1 секунда зад съперника, а не за всички по всяко време?
Подсказка
Помисли кой точно има нужда от помощ.
Отговор
За да помага на догонващия да изпревари. Ако всички го ползват винаги, никой няма предимство и изпреварванията пак биха били трудни.
Хартиеният болид и силата на въздуха
Цел: Да видиш как формата на крилото променя посоката, в която въздухът бута предмет.
- Вземи лист хартия и го сгъни като малко крило: едната страна да е леко извита.
- Сложи крилото на масата и духни силно над него със сламка или сешоар на студено (с възрастен).
- Обърни крилото и пак духни. Запиши кога се вдига и кога се притиска към масата.
- Направи кола от кибритена кутия или картон с лентички за крила отпред и отзад.
- Пусни я по наклонена дъска с и без крила и сравни колко далече стига.
Накрая: Кратка таблица: форма на крилото, какво става (вдига се или се притиска) и защо колите във Формула 1 обръщат крилата.
Тест с точки
10 въпроса, 18 точки, оценка накрая и разбор какво да преговориш.