Peso e Aerodinâmica – Noções Básicas

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São várias as discussões sobre o peso influindo no comportamento dinâmico de um carro. Mas o que é melhor, mais ou menos peso? No que isso influi? Serve só para carros de corrida? No post a seguir falaremos sobre isso.

Vamos começar com uma experiência simples. Pegue uma bola de tênis e um barbante. Amarre a bola em uma extremidade do barbante, segure a outra extremidade e comece a girar. Procure notar as forças agindo: quanto de força foi necessário para fazer a bola começar a girar, quanto é preciso para manter sua trajetória e aceleração constante e, finalmente, qual foi a dificuldade para parar a bolinha de tênis. Foi tranquilo, certo? Agora repita a experiência com uma bola de boliche. Ou melhor, não repita para não matar ninguém.

As forças que você sentiu girando a bolinha são as mesmas que seu carro sente em relação ao seu próprio peso: aceleração, aceleração lateral (curva) e frenagem. Não precisa pensar muito para se notar que quanto mais leve for, mais fácil será a vida do seu carro. Se não acreditou na eficácia do primeiro experimento, tente andar sozinho no seu carro e depois com carga máxima e verá que faz sentido.

A redução de peso é benéfica em todos os sentidos. O carro irá frear em distância menor, vai acelerar mais rápido e terá maior estabilidade. Além disso, o consumo de combustível e o desgaste de componentes serão menores.

Para um carro ter uma boa aceleração não basta apenas redução de peso, precisamos ter uma relação peso/potência baixa. Essa medida leva em conta quanto o carro pesa e qual sua potência. Por exemplo, um VW Up! possui 910 kg e uma potência (no etanol) de 82 cv, tendo uma relação peso/potência de 11,09 kg, ou seja, cada “cavalo” vai ter que carregar 11,09 quilos. Em comparação extrema, o Koenigsegg One:1 possui, como diz seu nome, uma relação de 1 para 1, com 1 cavalo puxando 1 quilo, e são 1.360kg. O Up! precisa de 13,2 segundos no teste de 0-100, enquanto o One:1 leva apenas 2,8 segundos.

O peso também produzirá uma força essencial para que o carro tenha atrito com a pista e se mantenha nela, a força exercida para baixo, o famoso downforce. Para que a aderência seja garantida, o carro precisa pressionar a superfície do pneu no asfalto e quanto mais “massa”, mais aderência o carro terá. Mas como? Então o peso melhora a capacidade de fazer curvas? Não, pois o peso também faz com que o carro queira seguir sua trajetória natural para fora da curva, lembra da bolinha de tênis?

Aí é que vem a questão, como fazer o carro pesar só para baixo e ser pesado apenas quando queremos? Simples, com as maravilhas da…

Aerodinâmica
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Por definição, aerodinâmica é o estudo dos movimentos dos fluidos gasosos. Trocando em miúdos, como a resistência do ar afeta o comportamento do seu carro, e isso vale para todas as forças que falamos antes – aceleração, frenagem, aceleração lateral e ainda velocidade máxima.

A resistência que o ar exerce na carroceria do carro é medida pelo seu coeficiente aerodinâmico. Quanto menor ele for, menor será o arrasto, ou a facilidade que o carro tem de “furar o ar”, reduzindo, assim, o consumo e aumentando aceleração e velocidade máxima.

O arrasto é causado por áreas do carro que dificultam a passagem do ar, como, por exemplo, as dobras, frestas e a aérea frontal da carroceria. Como experiência, você pode usar uma folha de papel. Deixe-a cair aberta e veja quanto tempo demora para chegar ao chão. Depois faça uma bola com a folha e verá que ela cairá muito mais rápido, pois tem menor resistência.

A forma que oferece menor arrasto é a de gota d’água. Note que se retirarmos as asas e leme de um avião ele terá exatamente essa forma. Mas, isso não funciona muito bem em um veículo que precisa ficar no chão, por isso carros como os LMP1 tem formato de meia gota, se retiradas asas, caixas de roda, etc.

Se direcionarmos o fluxo de ar da carroceria de um carro, podemos alterar as direções de força, como na asa de um avião. Um aerofólio nada mais é do que uma asa de avião invertida, ao invés de fazer o carro decolar, faz com que ele seja comprimido em direção ao solo, criando assim o downforce.

Um carro de Fórmula 1 talvez seja um dos melhores exemplos disso. O peso parado de um F1 é, por regra, de no mínimo de 690 kg (temporada 2015). Em altas velocidades, o downforce mais do que dobra esse valor, gerando toneladas de pressão. A grande sacada é que toda essa força vai apenas para baixo e não para os lados. Assim um F1 consegue atingir em curvas forças G inimagináveis para um carro de rua. Para se ter ideia, um automóvel comum não consegue nem 1 G de aceleração lateral, enquanto um F1 chega a quase 5 G na famosa curva Eau Rouge, no circuito de Spa, na Bélgica.

O downforce gerado pela carroceria de um F1 também ajuda na frenagem. Apenas tirar o pé do acelerador a 300 km/h implica em um 1 G, o mesmo que a frenagem total de um carro comum.

Para entender melhor a aerodinâmica de um carro de Fórmula 1, veja o vídeo apresentado por Martin Brundle, explicando as forças em um antigo modelo da Red Bull.

Ao mesmo tempo que o downforce ajuda na velocidade de curva e frenagem, ele atrapalha na aceleração e velocidade final. Quanto mais rápido, mais downforce e mais arrasto o carro cria, dificultando seu deslocamento cada vez mais.

A resistência aerodinâmica ainda cresce ao quadrado, é um dos motivos para se precisar de mais do que o dobro de potência para se conseguir o dobro da velocidade máxima.

Para anular o arrasto, entra em cena o DRS (Drag Reduction System), que anula o excesso de downforce, desnecessário em linha reta e aceleração. Não são só os carros de F1 que fazem isso, existem também vários carros de rua que possuem sistemas similares, como por exemplo o Agera R. Notem o movimento de asa, reduzindo downforce em velocidades mais altas:

Por fim, um vídeo da Sauber com a uma CFD (sigla em inglês para Computational Fluid Dynamics – em português Fluidodinâmica Computacional). Este tipo de simulação mostra como o ar se comporta ao passar pela carroceria do carro, mostrando sua velocidade, áreas de pressão, turbulência, etc.

Alguma dúvida? Envie suas perguntas nos comentários!

Imagens:
Autor Desconhecido
Porsche/Divulgação

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