รถแข่งกับแอโรไดนามิกส์ วิศวกรรมที่จำเป็นสำหรับนวัตกรรมใหม่

โลกการแข่งขันกีฬาแข่งรถยนต์ทุกชนิด รวมถึงฟอร์มูล่า 1 ด้วยนั้น พลศาสตร์ของไหลหรือหลักแอโรไดนามิกส์เป็นศาสตร์ที่วิศวกรใช้สนามแข่งรถเป็นที่ทดสอบขีดจำกัดของเทคโนโลยีใหม่ ๆ เป็นที่ที่วิศวกรแหกกรอบความคิดเกี่ยวกับหลักการทางวิศวกรรมเพื่อเป้าหมายในการออกแบบรถที่ดีที่สุด ไปชิงชัยในสนามแข่งขัน หากติดปีกให้รถแข่งได้คงทำให้รถเร็วขึ้นอีกมากเลยทีเดียว หลักการนี้อาจเป็นเรื่องซับซ้อนสักหน่อย แต่อยากให้รู้หลักการพื้นฐานบางอย่างไว้เพื่อใช้ประกอบการพิจารณาลักษณะของรถแข่งว่าทำไมจึงต้องมีการออกแบบให้เป็นเช่นนั้น โดยเฉพาะรถฟอร์มูล่า 1 ที่อาศัยหลักแอโรไดนามิกส์ค่อนข้างมากทีเดียว

หลักแอโรไดนามิกส์คืออะไร สำคัญกับการออกแบบรถแข่งขนาดนั้นเชียวหรือ?

หลักแอโรไดนามิกส์หรือพลศาสตร์ของไหลเป็นสาขาหนึ่งของวิชากลศาสตร์ที่ว่าด้วยเรื่องการเคลื่อนที่ของอากาศ ก๊าซต่าง ๆ รวมถึงของเหลวด้วย เรียกรวม ๆ กันว่าของไหล อธิบายและคาดการณ์ผลกระทบต่อวัตถุต่าง ๆ ที่เคลื่อนที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของของไหลนั้น แน่นอนว่ารถแข่งที่วิ่งด้วยความเร็วสูงผ่านอากาศก็เป็นส่วนหนึ่งของหลักการนี้เช่นกัน ถ้านึกภาพไม่ออกให้ลองจินตนาการดูว่าเรานั่งในรถที่กำลังขับไปตามถนน จากนั้นยื่นมือออกไปนอกหน้าต่าง เราจะรู้สึกได้ถึงแรงผลักของอากาศที่กระทำกับมือของเรา ไม่เฉพาะมือแต่ทุกวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศจะได้รับผลของแรงนี้ทั้งสิ้น ยิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่ก็ยิ่งมีแรงผลักจากอากาศมาก เราเรียกแรงนี้ว่า แรงต้านอากาศ ที่น่าสนใจคือเมื่อวัตถุเช่น รถฟอร์มูล่า 1 ยิ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมากเท่าใด แรงต้านอากาศก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ลองจินตนาการเวลาเราเดินในน้ำกับวิ่งในน้ำ ตอนวิ่งจะรู้สึกว่าหนืดกว่าตอนเดิน เพราะอย่างนี้เลยเป็นเรื่องท้าทายของเหล่าบรรดาวิศวกรทั้งหลายที่จะคิดวิธีเอาชนะผลจากแรงต้านอากาศนี้ให้ได้

ยังมีอีกแรงหนึ่งที่เกิดจากการเคลื่อนที่ผ่านอากาศก็คือแรงกด เมื่อรถเคลื่อนที่ผ่านอากาศจะเกิดแรงกดบนตัวรถทำให้รถแข่งเกาะติดถนนไม่เหินเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ๆ ดังนั้นเมื่อมีทั้งแรงต้านอากาศ และแรงกดเช่นนี้หน้าที่วิศวกรคือออกแบบให้แรงกดมีมากกว่าแรงต้านอากาศเพื่อให้รถแข่งสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วสูง ๆ ได้นั่นเอง

ตัวรถฟอร์มูล่า 1 ออกแบบอย่างไรให้เป็นไปตามหลักแอโรไดนามิกส์               

การออกแบบให้ตัวรถแข่งสามารถวิ่งด้วยความเร็วสูง จะทำให้ลักษณะของตัวถังรถมีความโค้งไม่เท่ากันเพื่อให้อากาศที่ไหลผ่านตัวรถมีความเร็วด้านบนกับด้านล่างไม่เท่ากัน ด้านบนจะมีความโค้งน้อยกว่าทำให้มีความเร็วผ่านเร็วกว่าด้านล่างซึ่งโค้งมากกว่าผลก็คือเกิดแรงกดกับตัวรถด้านบนทำให้รถยึดเกาะถนนได้ดี ส่วนที่ออกแบบคือแผ่นที่กั้นระหว่างพื้นถนนกับยางที่อยู่ด้านหน้าและด้านหลัง ตัวถังที่เจาะช่องให้อากาศไหลผ่านตัวรถส่วนบนกับล่างที่มีความโค้งไม่เท่ากัน เมื่อรถถูกแรงกดให้แนบพื้นการเข้าโค้งรถจะไม่ไถลออกนอกโค้ง เวลาในการขับจะลดลงได้ นี่แหละคือความลับของหลักแอโรไดนามิกส์