Сможет ли болид «Формулы-1» ездить по потолку из-за прижимающей силы?

Я слышал, что болид «Формулы-1», развивая скорость 200 км/ч, может создать такое прижимающее усилие, что оно позволит ему ехать по потолку. Это правда? И если да, каким образом генерируется это усилие?
1. Краткий ответ — да, и причина тому — именно прижимающее усилие. Оно действует по направлению к дороге, где бы эта дорога ни находилась, и оно увеличивается приблизительно с квадратом скорости автомобиля. Если автомобиль едет достаточно быстро, прижимающая сила преодолевает вес автомобиля, позволяя ему с определенного момента ехать по потолку туннеля. В среднем прижимающее усилие и вес болида «Формулы-1» становятся равны при скорости 130 км/ч.
Если наполнить гардероб одеждой, он станет гораздо тяжелей. Это увеличивает трение между полом и гардеробом, поэтому его труднее сдвинуть. Инженер болида «Формулы-1» хочет увеличить трение между шинами и трассой таким образом, чтобы машина могла проходить виражи на высокой скорости, не скользя. Но он стремится добиться этого, не увеличивая вес автомобиля. Так что прижимающее усилие — прекрасный выход, и его можно получить двумя способами. Во-первых, расположив под углом крыло, чтобы направить воздух вверх, прочь от трассы, в результате чего сила противодействия автомобиля пойдет в обратную сторону. Во-вторых, используя принцип Бернулли. Инженеры пропускают воздух через узкую щель, и это повышает скорость. Именно это происходит под болидом, потому что пространство между землей и днищем сужает поток воздуха. Согласно принципу Бернулли, это ведет к понижению давления под машиной. Внешнее давление над автомобилем выше, чем давление под ним, что приводит к равнодействующей силе, направленной к дороге.

Безусловно, туннели должны быть адаптированы к тому, чтобы гоночные машины могли ездить по потолкам, что может привести к некоторым неожиданным и впечатляющим маневрам при обгоне на уличных трассах с подземными участками, как, например, в Монако. Аварии, однако, тоже могут весьма впечатляющими: любой автомобиль, резко затормозив во время движения по потолку, теряет свое прижимное усилие и падает вниз, прямо на трассу.

2. Да, машина «Формулы-1» может ехать вверх ногами, но только в теории. Гоночные автомобили генерируют значительную часть своего прижимающего усилия, создавая область низкого давления под машиной. Это стало наиболее очевидно в конце 70-х годов XX в., когда на машины начали устанавливать «юбки», которые заканчиваются как можно ближе к земле, чтобы сохранить область низкого давления. Команда Brabham даже построила своеобразный «вентилятор», который высасывал воздух из-под машины, якобы чтобы охладить мотор, создавая зону пониженного давления под ней. Эту модель запретили использовать после первой и единственной ее победы, отчасти потому, что невозможно было следовать вслед за ней на близком расстоянии — камешки и другой мусор с трассы летел в лицо пилотам, едущим сзади.
Есть три ключевых вопроса. Достаточно ли прочен потолок, чтобы выдержать прижимную силу, с которой автомобиль давит на него? Достаточно ли он ровный, чтобы машина могла ехать близко к поверхности, создавая необходимую прижимную силу? И наконец, каким образом можно поднять автомобиль на потолок? Несомненно, если кто-то построит достаточно длинный туннель, машина сможет взобраться наверх по изогнутому наклонному въезду, встроенному в стены.
Затем возникает проблема контроля. Поскольку автомобиль прижимается сверху потоком воздуха, это единственное, что прижимает его к потолку, так что гонщик практически не может контролировать автомобиль. Сложно создать торможение без блокировки колес, и, если шофер попытается повернуть машину слишком резко, она пойдет в занос. Если вдруг машина развернулась, она потеряет свою прижимную силу и упадет. Поскольку при движении машина опирается на покрышки и ею невозможно рулить в воздухе, как аэропланом, гонщик не сможет «приземлить» автомобиль обратно на потолок.

3. Болиды «Формулы-1» могут создавать прижимающую силу, которая способна удержать вес, в три раза превышающий вес самой машины. У них есть крылья, но они наклонены сверху вниз, создавая отрицательную подъемную силу, которая прижимает машину к земле.
Влияние близости земли также используется; днище болида совершенно ровное, и чем оно ближе к земле, тем меньше там остается пространства. Воздух, проходящий под машиной, проносится там быстрее, чем воздух над ней, создавая отрицательную подъемную силу. Дорожный просвет регулируется правилами, потому что если машина касается днищем трассы, прижимная сила и сила сцепления теряются. Именно это произошло с машиной Айртона Сенны, разбившегося в 1994 г.
Так что аэродинамическое строение и сравнительно небольшой вес болидов «Формулы-1» теоретически позволяют им ездить по потолку.

Комментарии: