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por **carter18** » 01 Noviembre 2012, 15:19

¿Qué velocidad podría alcanzar un Fórmula 1 si fuera lanzado al vacío?

Uno de los grandes temas de la semana ha sido el proyecto Red Bull Stratos y como un hombre lucha con el objetivo de superar la velocidad del sonido en una caída libre, simplemente por acción de la gravedad, sin ninguna ayuda de propulsión mecánica. Aquí estamos para hablar de Fórmula 1, así que vamos a analizar la velocidad máxima que podría alcanzar uno de los monoplazas del mundial si fuera lanzado al vacío; vamos a hacer nuestro propio proyecto al que hemos llamado: Red Bull Stratos F1.

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Velocidad máxima alcanzada por un Fórmula 1

Antes de nada, vamos a hablar de los antecedentes: A día hoy, la velocidad máxima alcanzada por un Fórmula 1 con una configuración de carrera, la logró el piloto brasileño Antonio Pizzonia con su Williams FW26 en el circuito italiano de Monza. En esta época aún se montaban los motores atmosféricos V10 de 3.000 centímetros cúbicos y el propulsor simplemente era utilizado en un Gran Premio. En el circuito italiano se utiliza una configuración de muy baja carga por las características del trazado, lo que ayuda a ver las velocidades más altas del campeonato.

En el año 2006, el equipo Honda Racing se propuso batir un récord; su objetivo era lograr alcanzar los 400km/h con su monoplaza de Fórmula 1 de la pasada temporada, el BAR 007. Para ello se fueron a las zonas salinas de Bonneville, en Utah y quitaron los alerones tanto delantero como trasero. El piloto a los mandos fue Alan van de Merwe, quien a bordo del monoplaza llegó a la velocidad que se habían planteado. Para que el récord fuera homologado, debían realizar dos pruebas, y en la vuelta el BAR 007 no pudo repetir su hazaña pero se quedaron en 397,36 km/h, la cual es la velocidad más rápida a la que ha rodado un monoplaza de Fórmula 1.

Red Bull Stratos F1

En nuestro proyecto no vamos a lanzar el monoplaza desde la misma altura que Felix Baumgartner, vamos a considerar la atmósfera, y en ella un cuerpo en caída libre es frenado por la fuerza de rozamiento, llegando su velocidad a ser constante. Una persona que se lanzara desde un avión y buscara el máximo rozamiento, abriendo brazos y piernas y situándose en posición horizontal, simplemente podría llegar a unos 200 km/h aproximadamente.

La fórmula que nos va a servir para realizar nuestros cálculos es la fuerza de arrastre de Rayleigh. Con ella podremos calcular qué velocidad máxima podríamos alcanzar con los actuales Fórmula 1, si pudiéramos propulsar el monoplaza con una potencia infinita (a este nivel no llegan ni los motores Mercedes) o lanzándolo desde suficiente altura para que simplemente sea propulsado por la gravedad. Lo único que va a frenar a nuestro vehículo es la fuerza del aire y hay que tener en cuenta que los monoplazas del gran circo están diseñados para tener una fuerte oposición al viento, que los haga adherirse al asfalto y mejorar así la velocidad del paso por curva.

Para realizar los cálculos vamos a necesitar algunos datos, pero los equipos suelen ser reacios a compartirlos, por lo tanto tendremos que trabajar con valores aproximados.

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- Peso del Fórmula 1: 640kg -> 6278,4 N (Peso al finalizar la Q2)
- Densidad del aire: 1,2 kg/m3
- Resistencia aerodinámica: 0,90 (Configuración de baja carga en Monza, obtenida con la sección y el coeficiente de resistencia)

Lanzándonos al vacío

El evento está patrocinado por el equipo Red Bull Racing, por lo tanto el piloto que realizará la hazaña será su joven estrella, Sebastian Vettel. El monoplaza ha sido puesto en vertical con el morro apuntando hacía la tierra y se han tomado medidas para que permanezca recto durante el descenso. A la hora convenida el gancho suelta el monoplaza y Vettel se siente impulsado por la fuerza de la gravedad. Poco a poco la resistencia del aire va bajando su aceleración y se aproxima a una velocidad límite cercana a los 390km/h. Pero no hay suficiente, el objetivo es batir los 400 km/h con alerones y configuración de Gran Premio, así que Vettel acciona el DRS, disminuyendo su drag en un 10% (con configuración para Mónaco la reducción podría llegar a ser del 20%). El RB8 vuelve a acelerarse en plena caída, pero poco a poco pierde de nuevo aceleración hasta llegar a una velocidad constante cercana a los 409 km/h.

El reto ha sido conseguido, el paracaídas se abre y Sebastian Vettel puede volver a las pistas y a competir sobre el asfalto, donde su monoplaza no llega a estas velocidades, pero cada día los ingenieros comandados por Adrian Newey luchan por intentarlo.

http://f1actual.com/2012/10/velocidad-f ... sin-titulo

por **Joselo** » 01 Noviembre 2012, 17:21

Es un cálculo algo irreal y ficticio el que hacen en dicha nota ya que tiene en cuenta muy parcialmente por ejemplo el Cx, este valor que depende de la velocidad del fluido, la longitud característica del cuerpo, y del fluido mismo. Hay muchos coeficientes aerodinámicos, como el CL = coeficiente de sustentación, CD = coeficiente de arrastre (subdividido en arrastre parásito y arrastre inducido), CM = coeficientes de momento, CP = coeficiente de presión o el CF = coeficiente de fricción.

Ante todo hay que tener en cuenta que si bien en la recta de Monza la resistencia aerodinámica es de 0,9, un monoplaza de F1 está preparado para lograr estabilidad y adherencia a una superficie y no para volar... ¿Qué quiero decir con esto? que el factor aedodinmamico es eficiente en estos casos gracias también a diferentes componentes como lo son el apoyo mecánico, la configuración suspensional, la fricción de los neumáticos a la superficie y demás etcéteras que no viene al caso detallar. Además, si no estuviera adherido al suelo y como toda superficie aerodinámica, llámese carrocería, alementos y aditamentos aerdinámicos cuentan con un diseño de ala invertida, es decir que literalmente buscaría su posición natural y se daría vuelta por una básica cuestión de física.

Por último, hay que tener en cuenta el centro de gravedad, es decir, el centro de gravedad de un cuerpo es explicado por primera vez por Arquímedes. Se trata de aquel punto de un cuerpo sobre el que, en la práctica, se puede considerar concentrada toda la masa del cuerpo. En una esfera homogénea, el centro de gravedad es, naturalmente, el propio centro de la esfera, pero en estructuras asimétricas y de material no homogéneo (como lo es un monoplaza de F1) es mucho mas complicado establecer la posición del centro de gravedad.

Todo esto significa que si el monoplaza es lanzado desde determinada altura y apuntando su sector delantero hacia el suelo, casi inmediatamente entraría en pérdida y con resultados desastrozos para toda su estructura, ya que (sumado a todo lo ya comentado anteriormente) la parte trasera (donde se encuentra el conjunto motor-caja) es donde se aloja la mayor parte de su masa, eso significa que no sólo se daría vuelta sino que entraría a desestabilizarse de tal manera que sería imposible dejar de hacer fuertes movimientos descontrolados y cada vez más rápidos, perdiendo buena parte de sus componentes, tales como todo elemento y aditamento aerodinámico, la masas suspendidas que comprenden todos los mecanismos cuyo peso es el soportado por el chasis, las masas no suspendidas como las suspensiones, obviamente también los portamazas con los respectivos neumáticos se desprenderían de los semiejes y demás desastres... pero el peor de los efectos sería el que sufriría el hipotético en ese caso piloto y ya no conductor, puesto que se multiplicarían enormemente las fuerzas G a medida que se acerca a la superficie, debido a las enormes fuerzas centrífugas y centrípetas lo que impediría activar un paracaídas, dado que aunque esté dentro de una cápsula presurizada contando con una célula de suprevivencia acorde y con traje espacial, dudo mucho que no pierda el conocimiento y termine muerto (sin tener en cuenta aún el propio impacto) antes de intentar siquiera eyectarse.

por **carter18** » 01 Noviembre 2012, 19:39

Me parece mas interesante los expuesto por ti Joselo, que lo propiamente dicho en el articulo. Muchas gracias por tu opinion y por compartir tus conocimientos :wink:

por **Joselo** » 01 Noviembre 2012, 22:14

Por nada y gracias a vos :wink:

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por **mari** » 01 Noviembre 2012, 23:49

El titulo del articulo induce al error al hablar de cual sería la velocidad que podría alcanzar un F1 en el vacío que no es lo mismo que lanzar un F1 "al vacio". En unas condiciones de vacio se ignora la resistencia del fluido porque como su nombre indica....hay vacio.
Otra cosa es lo que se entiende como lanzar un cuerpo al vacio o lo que es lo mismo, dejarlo caer dessde cierta altura pero dentro de nuestra atmósfera en la que las condiciones son muy diferentes a las que hay fuera de ella.

por **Joselo** » 02 Noviembre 2012, 01:35

mari escribió:El titulo del articulo induce al error al hablar de cual sería la velocidad que podría alcanzar un F1 en el vacío que no es lo mismo que lanzar un F1 "al vacio". En unas condiciones de vacio se ignora la resistencia del fluido porque como su nombre indica....hay vacio.
Otra cosa es lo que se entiende como lanzar un cuerpo al vacio o lo que es lo mismo, dejarlo caer dessde cierta altura pero dentro de nuestra atmósfera en la que las condiciones son muy diferentes a las que hay fuera de ella.

Como dice el refrán : "Aclarando que oscurece" :roll:

...

En el vacío absoluto un cuerpo circundando nuestro planeta podría llegar a varios miles de Km/h. de velocidad porque no hay fricción, sólo cuenta la atracción gravitacional de otro cuerpo que lo atrae debido a su mayor masa (planeta Tierra + masa que un Monoplaza de F1 - masa).

Aclarado esto, va lo siguiente :

Si lo lanzaran de vacío absoluto hacia la tierra, es decir, desde la exósfera (que se encuentra entre los 690 Km. y 10.000 Km. de la superficie), o desde la termósfera (que se encuentra entre los 690 Km. y los 85 Km. de la superficie), el monoplaza lanzado literalmente se volatilizaría por el calor producido por la fricción.

Ahora bien, si lo lanzaran desde la mesósfera (entre los 50 Km. y los 85 Km. de la superficie) y que no es el vacío absoluto también se desintegraría. Si lo lanzaran desde la estratósfera que va entre los 50KM. y los 20 Km. de la superficie, en donde obviamente tampoco es el vacío absoluto, sucedería lo que yo desgloso en mi explicación, compañera mari :wink:

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PD : Desde un primer momento yo no quise pasar por descortés, pero la nota que publicaron en http://f1actual.com/2012/10/velocidad-f ... sin-titulo de autoría de Héctor Gómez es un literal disparate.

por **mari** » 02 Noviembre 2012, 22:35

Joselo escribió:
mari escribió:El titulo del articulo induce al error al hablar de cual sería la velocidad que podría alcanzar un F1 en el vacío que no es lo mismo que lanzar un F1 "al vacio". En unas condiciones de vacio se ignora la resistencia del fluido porque como su nombre indica....hay vacio.
Otra cosa es lo que se entiende como lanzar un cuerpo al vacio o lo que es lo mismo, dejarlo caer dessde cierta altura pero dentro de nuestra atmósfera en la que las condiciones son muy diferentes a las que hay fuera de ella.

Como dice el refrán : "Aclarando que oscurece" ...

En el vacío absoluto un cuerpo circundando nuestro planeta podría llegar a varios miles de Km/h. de velocidad porque no hay fricción, sólo cuenta la atracción gravitacional de otro cuerpo que lo atrae debido a su mayor masa (planeta Tierra + masa que un Monoplaza de F1 - masa).

Aclarado esto, va lo siguiente :

Si lo lanzaran de vacío absoluto hacia la tierra, es decir, desde la exósfera (que se encuentra entre los 690 Km. y 10.000 Km. de la superficie), o desde la termósfera (que se encuentra entre los 690 Km. y los 85 Km. de la superficie), el monoplaza lanzado literalmente se volatilizaría por el calor producido por la fricción.

Ahora bien, si lo lanzaran desde la mesósfera (entre los 50 Km. y los 85 Km. de la superficie) y que no es el vacío absoluto también se desintegraría. Si lo lanzaran desde la estratósfera que va entre los 50KM. y los 20 Km. de la superficie, en donde obviamente tampoco es el vacío absoluto, sucedería lo que yo desgloso en mi explicación, compañera mari .

PD : Desde un primer momento yo no quise pasar por descortés, pero la nota que publicaron en http://f1actual.com/2012/10/velocidad-f ... sin-titulo de autoría de Héctor Gómez es un literal disparate.

Mi comentario no era para comentar el tuyo Joselo sino hacia el articulo original cuyo título "¿cuál sería la velocidad que alcanzaría un F1 en el vacio" daba pie al engaño porque ellos mismos aclaran después que el cuerpo se lanzaba desde la atmósfera. Mejor el título que tiene ahora.

por **Joselo** » 02 Noviembre 2012, 23:33

Disculpa entonces mari, yo entendí mal tus palabras :wink:

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por **Gerhard Berger** » 04 Noviembre 2012, 11:46

Si simplemente se dejase caer desde las capas más exteriores de la atmósfera la velocidad no sería mucho mayor que la alcanzada por Félix y su apellido raro. Superar los 1000 y pico KM/h no sería difícil, esa velocidad en las capas más inferiores se reduciría y mucho. Por no mencionar lo ya mencionado por Joselo, el coche simplemente se desintegraría en sus zonas más débiles, simplemente, se romperían los apéndices aerodinámicos, los alerones, el material para una caída libre en plan Félix tiene que ser duro y estar bien colocado, un coche de F1 por mucha tecnología punta que tenga, no está ideado para esos trotes, por eso me alegro de que no planteen esa locura en realidad.

Ya de paso, comentar una locura, esta vez sí, con todas las letras, como los hombres, ya que estamos pues metamonos a fondo.... Si por el contrario cayese con una velocidad algo menor a la orbital, que suele rondar los 30mil km/h, se quemaría, literalmente según se adentrase a la zona más densa de la atmósfera, (de hecho a la altura de Félix y su posición antes de saltar, la estratosfera, ya se estaría quemando), en su mayor parte la troposfera. Y dependiendo de su tamaño llegaría más entero, o más derretido. Y ya ni hablemos de si aumentamos la velocidad a, pongamos, la de un asteroide, 80mil km hora, más menos, simplemente en la mesosfera ya empieza a brillar. :lol:

Yo entré pensando que en realidad se referían al vacío del espacio y resulta que solo quieren tirarlo desde la troposfera, que desilusión, pues me temo que no van a conseguir su velocidad deseada, supongo que esto solo es un "si todo fuese a salir bien"... pero teniendo en cuenta que el coche poco iba a durar cayendo de morro....Y eso solo es el principio...Pues nada, prometía el artículo y venía dispuesto a quedarme agusto, pero me he llevado un chasco :lol:

por **Andres125sx** » 04 Noviembre 2012, 18:27

¿De verdad estáis hablando de tirar un F1 desde la estratosfera? :shock:

Si la duda es qué velocidad cogería en el vacío, pero rodando, la respuesta es infinito, o por lo menos lo que le permita la supuesta pista en la que ruede

Los satélites y sondas llevan sistemas de propulsión que sólo ofrencen unos gramos de empuje, ya que si no hay atmósfera (aire) no hay rozamiento y cualquier empuje, por pequeño que sea, produce aceleración de forma indefinida

Es el rozamiento de aire lo que limita la velocidad máxima y por lo que cuanto más rápido vas, más potencia necesitas para seguir acelerando, pero si no hay aire no hay rozamiento y no hay límite, mientras sigas empujando sigues acelerando

Edito: algún límite abrá ya que si no se podría superar la velocidad de la luz, pero supongo que entrará en juego a velocidades de varios millones de km/h, ya que la velocidad de la luz son 300.000 km/s, o 1080 millones de km/h

por **mari** » 04 Noviembre 2012, 19:43

Gerhard Berger escribió:Yo entré pensando que en realidad se referían al vacío del espacio y resulta que solo quieren tirarlo desde la troposfera, que desilusión, pues me temo que no van a conseguir su velocidad deseada, supongo que esto solo es un "si todo fuese a salir bien"... pero teniendo en cuenta que el coche poco iba a durar cayendo de morro....Y eso solo es el principio...Pues nada, prometía el artículo y venía dispuesto a quedarme agusto, pero me he llevado un chasco

Pues te ha pasado lo mismo que a mi que al principio el titulo daba la impresión de que era eso, un F1 en el vacío y luego resulto ser un F1-Baumgartner!!!