Cx, aerodinamica e deportanza: cosa sono e come cambiano la velocità

L’aerodinamica è, senza dubbio, una scienza complicatissima. Alcuni fenomeni, come per esempio la turbolenza che viene generata da un profilo alare, non si possono, ad oggi, nemmeno descrivere con delle formule matematiche esatte. Per tali fenomeni è quindi necessario ricorrere a delle approssimazioni numeriche fatte da un software. Lo scopo di questo articolo non è assolutamente quello di fare una spiegazione completa e precisa di quella che è l’aerodinamica, bensì darne una motivazione e una visione generale.

Il primo concetto intuitivo dal quale possiamo partire è il seguente: maggiore è la forza verticale che si imprime sugli pneumatici, maggiore sarà l’aderenza nelle fasi di curva, frenata e accelerazione. Banalmente, al fine di aumentare la forza verticale che agisce sullo pneumatico, si potrebbe pensare di incrementare la massa della vettura. Modifica che, al contrario, peggiora sensibilmente le prestazioni in fase di accelerazione e manovrabilità in curva. L’utilizzo di una forza aerodinamica, invece, può generare forti carichi verticali diretti verso il basso, senza aumentare in maniera sensibile il peso complessivo dell’auto, migliorando così la tenuta di strada.

La scoperta della deportanza

La prima volta che una forza aerodinamica fu notata su una vettura fu da parte del team di sviluppo di Daimler-Benz, durante i tentativi di superamento del record di velocità in Germania nel periodo dal 1936 al 1939. In Formula 1 le ali apparvero a partire dal 1968, e da quel momento essa è stata la competizione dove si è concentrata maggiormente la ricerca e lo sviluppo sull’aerodinamica applicata ai veicoli. Un grande traguardo fu raggiunto nel 1977 quando la Lotus introdusse una vettura ad effetto suolo, la Lotus 78, detta Wing Car. La sua evoluzione, la Lotus 79, ulteriormente affinata e con baricentro più basso, vinse il titolo costruttori nel 1978.

Come si genera deportanza?

Le forze aerodinamiche si generano nella parte superiore della vettura, disegnando correttamente la carrozzeria e aggiungendo degli appositi profili alari. Inoltre, una grande parte della forza deportante, viene generata dal fondo della vettura, sfruttando il cosiddetto effetto suolo. Per poter comprendere al meglio come si genera una forza aerodinamica, occorre comprendere il principio fisico di Bernoulli. Senza entrare troppo nel dettaglio, il principio di Bernoulli dice che, in determinate condizioni, la pressione e la velocità di un flusso d’aria sono inversamente proporzionali. Quindi aumentando la velocità del flusso, andiamo a creare una zona di bassa pressione. Ecco allora che basta fare in modo che il fondo della vettura sia più vicino possibile al suolo, così da aumentare la velocità del flusso che passa sotto la vettura, creando così una zona di depressione che “risucchia” l’auto tenendola incollata alla strada. Ecco spiegato in poche parole cos’è l’effetto suolo. I profili alari seguono lo stesso principio. Essi, sempre tramite una variazione di velocità del flusso, riescono a creare una zona di bassa pressione che schiaccia il veicolo verso il terreno.

Qual è il prezzo da pagare?

Nell’aerodinamica ci sono tre forze principali, che vengono sfruttate dal punto di vista ingegneristico: la portanza diretta verso l’alto (lift: la forza che fa volare gli aerei), la deportanza diretta verso il basso (down force: la forza che permette di aumentare la tenuta di strada delle automobili) e la resistenza diretta all’indietro (drag: una forza inutile, ma è il prezzo da pagare per avere le altre due e deve essere vinta con la spinta del motore). In generale, qualsiasi corpo in movimento all’interno di un fluido, avvertirà una forza di resistenza che si oppone al suo moto. Per quantificare questa forza di resistenza si utilizza un coefficiente adimensionale, il cosiddetto Cx (chiamato anche C D dall’inglese “drag”). In campo automobilistico, più il Cx è ridotto, migliore è la penetrazione del mezzo e quindi l'efficienza aerodinamica a parità di superficie frontale.

Ipotizziamo di provare due vetture di pari potenza ma con forma e resistenza aerodinamica differenti: quella con il Cx più basso andrà più veloce a parità di potenza erogata, oppure consumerà meno carburante a pari velocità. È ovviamente una semplificazione che non tiene conto di altri fattori (peso del veicolo, tipologia di gomme e una serie di altre variabili), ma rende l’idea di come il fattore Cx influenzi il comportamento dell’auto.