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SEZIONE 3
IL MOVIMENTO E LE FORZE
Sulle strade della sostenibilità
L
e aziende automobilistiche sono sempre più impegnate in progetti destinati alla riduzione dei consumi di
carburante e al contenimento delle emissioni di anidride carbonica e di inquinanti nell’ambiente. Le carat-
teristiche sulle quali si deve operare per ottenere questi risultati sono la
leggerezza degli autoveicoli
e la loro
aerodinamicità
.
L’
aerodinamicità
è, come abbiamo appena detto nel paragrafo, la capacità che possiede un oggetto in mo-
vimento di vincere la resistenza dell’aria. È una proprietà fisica di grande importanza per i mezzi di trasporto:
un’automobile poco aerodinamica deve impiegare una maggiore forza per opporsi alla resistenza dell’aria; di
conseguenza,
consuma più carburante
.
Il calcolo della resistenza aerodinamica
La
resistenza aerodinamica
R
che un’automobile incontra durante il suo movimento è direttamente propor-
zionale alla “sezione maestra”
S
(l’area della sezione frontale del veicolo), alla densità dell’aria d e al quadrato
della velocità
v
dell’automobile:
R
½
C
x
d S v
2
•
La dipendenza dalla sezione impone la scelta di forme affusolate.
•
La dipendenza dal quadrato della velocità spiega perché questi studi sono importanti, soprattutto per le auto
molto veloci.
Il coefficiente di proporzionalità
C
x
viene chiamato
coefficiente di resistenza aerodinamica
. Il suo valore
(adimensionale) dipende in prima approssimazione dalla
forma dell’automobile
. Oltre alla linea complessiva
della carrozzeria, hanno una grande importanza le eventuali appendici (specchi, portapacchi) e altri elementi
di disturbo (maniglie, fessure).
Non esiste una formula in grado di calcolare il valore del
C
x
in base alla forma dell’automobile; non è neanche
possibile stabilire quale forma deve avere un’automobile in base al valore del
C
x
che si vuole ottenere.
In genere, questi studi vengono condotti per via sperimentale: si realizzano dei modelli delle automobili (
prototipi
),
che vengono poi sottoposti all’impatto con l’aria in apposite
gallerie del vento
. In queste strutture, i modelli
sono investiti da correnti d’aria
simili a quelle che potrebbero
incontrare durante il loro mo-
vimento.
Appositi sensori disposti sui
modelli sono in grado di regi-
strare le forze e le pressioni cui
sono sottoposti e come queste
grandezze variano al variare
della velocità.
Progettare un’automobile
Il compito di un
progettista automobilistico
(
designer
) è molto complesso, perché deve tenere conto di
molti fattori, non solo di tipo tecnico. Nel suo lavoro, è guidato principalmente dalla funzione del veicolo che
deve progettare. Per esempio, tra un’auto sportiva e una
citycar
esistono regole e scelte estetiche e strutturali
completamente differenti:
•
nelle
auto sportive
o da corsa, è fondamentale focalizzarsi sull’aerodinamica e sulla stabilità;
•
nelle
vetture da città
, i parametri basilari sono l’abitabilità e la praticità di guida nel traffico cittadino.
Il ruolo di un
designer
è quindi quello di conciliare le seguenti esigenze, talvolta contrastanti:
•
le richieste estetiche e il gusto dei possibili acquirenti, tenendo conto dei modelli già esistenti e delle indagini
di mercato, che evidenziano quali criteri di scelta potrebbero venire privilegiati dai futuri clienti;
•
la sicurezza del mezzo, in termini di stabilità, riduzione di gas serra e di emissioni nocive anche all’interno
dell’abitacolo, e l’uso di materiali particolari (per esempio ignifughi);
•
il rapporto con i processi di ingegnerizzazione, che comprendono la fattibilità a livello industriale dei prototipi,
la funzionalità del prodotto (un’automobile deve essere comoda e maneggevole, oppure veloce e stabile) e
le verifiche aerodinamiche, che hanno un legame con i consumi del veicolo.
Ridurre la resistenza aerodinamica,
per ridurre consumi
e inquinamenti delle automobili
Nelle
gallerie
del vento
si studia
l’aerodinamica
dei veicoli. Potenti
ventilatori con
diametri di parecchi
metri spingono
l’aria contro i veicoli
fermi, a velocità
che possono
raggiungere alcune
centinaia di km/h.
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