تماشا کنید: کیهان‌شناس مشهور، قوانین فیزیک در خودروهای فرمول یک را توضیح می‌دهد

نیل دگرس تایسون به بررسی ایمنی، آیرودینامیک، نیروی عمودی و… در خودروهای فرمول ۱ می‌پردازد.

تقریبا همه ما در ویدئوهای اینستاگرامی و یوتیوبی متعدد، یک دانشمند سیاه‌پوست مشهور را دیده‌ایم که درباره کیهان‎شناسی، تاریخ، ارزش علم و… صحبت می‌کند. «نیل دگرس تایسون»، اخترشناس و کیهان‎شناس آمریکایی است که در زمینه‌های علمی متعدد و رسانه علم فعالیت می‌کند. او اخیرا در یک ویدئوی یوتیوبی به گاراژ فرمول ۱ تیم «اسکودریا فراری» سر زده تا از فناوری و دانش فیزیکی پشت پرده این خودروهای هیجان‌انگیز و گاه ترسناک سر در بیاورد.

نیروی جی در فرمول ۱

در ابتدا و پس از توضیح این مهم که نیروی کشش جاذبه زمین که در فیزیک با عبارت G نشان می‌دهد، می‌گوید که میزان نیروی جی که به‌صورت افقی به انسان وارد می‌شود، به تندی پیچ و سرعت ورود به آن ببستگی دارد. به‌این‌ترتیب، نیروی نیروی شتاب جانبی که به انسان وارد می‌شود هم با نیروی جی اندازه‌گیری می‌شود. انسان درحالتی که روی سطحی برابر سطح دریا ایستاده باشد نیروی برابر ۱ جی را تحمل می‌کند.

تایسون می‌گوید که با اعمال فشار شتاب ۴ یا ۵ جی به سر راننده فرمول ۱، امکان نگهداری سر و گردن وجود ندارد و به همین دلیل است که درون کابین مسابقه‌دهندگان فرمول ۱، نگهدارنده‌هایی مقاوم از جنس بدنه اصلی خودرو برای سر، گردن، شانه و تمام اعضای بدن راننده تعبیه شده است. تایسون برای مقایسه می‌گوید که ناسا در زمان حرکت دادن فضاپیماهایش، سرعت را به گونه‌ای کنترل می‌کند که فشار از ۳ جی بیشتر نشود تا بتوانند به‌مدت طولانی‌تری به حرکت به سمت فضا ادامه دهند.

بدنه ماژولار فرمول ۱

مهندس آیرودینامیک تیم فراری، «فدرو کارتونی»، می‌گوید که بخش‌های گوناگون خودروهای فرمول ۱ باتوجه به نیاز هر پیست تغییر می‌کنند. تیم‌های فرمول ۱ از تایرها تا قطعات مختلف دیگری را متناسب با نیازهای هر پیست تغییر می‌دهند. برای نمونه، پیست کشیده و بلندی مانند مونزا یا سیلوراستون نیازمند توان بالای خودرو برای دستیابی به سرعت‌های بالا هستند اما درعین حال، باید بتوانند این سرعت بالا را در پیچ‌ها هم تحمل و مدیریت کنند.

به این ترتیب سیستم به‌گونه‌ای تغییر می‌کند که پیشترین میزان فشار روی چرخ‌های خودروی مسابقه‌دهنده باشد. البته که تمام اجزای بدنه سبک‌وزن خودروی فرمول ۱ به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که از دماغه تا بال‌ها، بدنه و حتی موتور را می‌توان از باقی بخش‌های جدا کرد و درصورت نیاز در طول مسابقه، تعمیر یا تعویض کرد.

رقابت در هوای بارانی

تایسون سپس به تحلیل این مهم می‌پردازد که خودروهای فرمول ۱ برای رقابت در چنین شرایط آب‌وهوایی، وزن خودرو را افزایش نمی‌دهند؛ بلکه به‌جای آن به افزایش نیروی عمودی یا داون‌فورس از طریق به‌کارگیری افزونه‌های مکانیکی آیرودینامیکی روی می‌آورند. تولید نیروی عمودی بیشتر از طریق بهره‌وری از قطعاتی چون بال و افزونه‌های آن، اسپلیتر، تیغه‌های آیرودینامیکی و… باعث می‌شود که باد با گذر از بدنه‌ای که با تکیه‌بر اصول علمی طراحی شده، به بخش عقب برسد و روی آن محور فشار وارد کند. به‌این‌ترتیب، نیروی عمودی روی چرخ‌های پیشران عقب ایجاد می‌شود و خودرو به چسبندگی بیشتری دست پیدا می‌کند.

پروفیل بال و نیروی عمودی

در این مرحله یک بال هواپیما را در لحظه فرود یا پرواز تصور کنید. این بال‌های در لحظات یادشده ازطریق یک افرونه کشیده‌تر می‌شود و باتکیه بر فرمی که دارند، نیرویی را برای پرواز هواپیما ایجاد می‌کنند؛ بنابراین شکل بال باعث می‌شود که باد با گذر از زیر آن، نیرویی را به سمت بالا ایجاد کند و هواپیما را بالا بکشد. تیم‌های مسابقه‌ای از همین دانش استفاده می‌کنند اما پروفیل بال خودرو را به‌شکلی معکوس پروفیل بال هواپیما طراحی می‌کنند تا نیروی فشار باد به‌جای بلندکردن خودرو، آن را به سمت زمین فشار دهد.

آینده فرمول ۱ و سوخت های مصنوعی

تایسون می‌گوید که پس از مباحثه با مهندسان و اعضای داخلی تیم‌ها متوجه شده که تیم‌های فرمول ۱ برای دستیابی به آینده بدون انتشار کربن در سال ۲۰۳۰، پیشرانه‌های درون‌سوزشان را کنار نمی‌گذارند؛ آن‌ها حتی سوخت خود را هم تغییر نخواهند داد. تغییر اصلی در نحوه به‌دست آوردن سوخت رخ می‌دهد؛ جایی که تیم‌های فرمول ۱ به‌جای استفاده از سوخت‌های کربنی که از زیر زمین استخراج شده‌اند، از سوخت تولیدشده به روش مصنوعی استفاده می‌کنند.

روند تولید این سوخت به این شکل است که در ابتدا، مولکول‌های آب شکسته می‌شود و هیدروژن و اکسیژن به حالتی ناپایدار می‌رسند؛ سپس مولکول‌های دی‌اکسیدکربن هوا با آن‌ها واکنش می‌دهند و به‌شکلی جادویی، سوخت موردنیاز برای خودرو تولید می‌شود. به‌همین‌دلیل، تایسون این نوع سوخت را مصنوعی نشمرده و آن را سوخت واقعی به‌دست‌آمده با روش‌های مصنوعی قلمداد می‌کند.

قوانین و محدودیت‌ها

 اگر کنترل خودرو کاملا در دستان شماست، شما در مسابقه حضور ندارید.

تایسون با بیان این نقل‌قول به اهمیت قوانین، محدودیت‌ها و رکوردها اشاره می‌کند. او می‌گوید که اگر محدودیت‌هایی در مسابقه نباشند، مهندسان هیچ‌گاه برای نزدیک‌شدن به مرز آن‌ها تلاش نخواهند کرد. به‌این‌ترتیب این دانشمند آمریکایی باور دارد که این محدودیت‌ها حس هدفمندی را به آن‌ها می‌دهند تا بتوانند از قبل بهتر باشند.

ایمنی سایبری و حقوقی

تیم‌های فرمول ۱ مانند فراری، از تمامی داده‌هایی سایبری و امنیتی مسابقات فرمول ۱ استفاده می‌کنند تا بتوانند محصولات، قطعات و حتی زنجیره تامین قطعات خود را برای تولید یک خودروی فرمول ۱ و حضور در مسابقات گرندپری ایمن کنند.

در انتها و برای تماشا مصاحبه تایسون می‌توانید ویدئوی زیر شما تماشا کنید. نظر شما درباره فناوری‌های این مسابقات پیشرو چیست؟