Como ser o mais rápido?

No mundo do automobilismo as equipes possuem um único objetivo, acertar um conjunto de configurações do veículo que respeitam um regulamento específico de modo que quando operado manualmente por um piloto alcance a maior velocidade média entre todos os outros competidores. 

E por que seria tão difícil alcançar a maior velocidade média? Uma vez que pensamos em maior velocidade média, imaginamos o ponteiro batendo na velocidade máximo do veículo em uma reta, mas se pensarmos bem, um circuito não é composto apenas de retas, circuitos são um conjunto de retas e curvas e isso impede que a velocidade do carro seja constante. Um princípio importante das corridas de circuito é que deve-se aumentar a velocidade a uma taxa máxima em cada curva até o ponto onde, com uma frenagem máxima, a velocidade do veículo pode ser reduzida para a velocidade máxima para a próxima curva.

Para fins de uma melhor visualização do que é preciso, vamos imaginar um pequeno trecho de um circuito e nesse trecho tem apenas uma reta e uma curva, para um carro ser o mais rápido nesse trecho, o carro precisa ser o mais rápido na reta, gastar o menor tempo possível na frenagem e alcançar a maior velocidade possível no final do percurso. Em outras palavras, as palavras os membros da equipe buscam aumentar essa velocidade máxima nas retas, buscam aumentar as velocidades mínimas, no caso, em saídas de curvas, e diminuir o tempo gasto nas menores velocidades.

É importante destacar que alguns fatores que aumentam a velocidade em curvas pode diminuir a velocidade nas retas e vice-versa, um exemplo seria a pressão aerodinâmica. Existem vários mecanismos mecânicos que possibilitam o veiculo aumentam suas maiores e menores velocidades, como pacote aerodinâmico, motor, suspensão, pneus, mas existe uma outra forma de aumentar a velocidade do carro e isso ocorre com uma variação do vetor velocidade. Velocidade é um vetor que possui módulo, direção e sentido, e uma vez que o vetor posição varia a direção, então temos uma aceleração.

O comprimento do vetor velocidade é proporcional a velocidade instantânea do veículo naquele momento e todos imaginam que aceleração é apenas a taxa de variação desse comprimento, mas, como já foi dito anteriormente, a mudança de direção do vetor também representa uma aceleração. Como veremos na figura a seguir:

Como pode ser observado na figura, o veículo partiu do ponto A e percorreu um espaço S até B em um intervalo de tempo t, agora vamos pegar os dois vetores, V1 e V2 e colocar sobre um mesmo ponto, só que agora num ponto C , como representado na figura abaixo:

A Figura acima é um diagrama de distância. Se o mesmo veículo, agora começando no Ponto C, tivesse continuado na velocidade representada pelo vetor V1 (isto é, se não tivesse havido aceleração ou mudança de velocidade), teria alcançado o Ponto D no tempo, t, enquanto que na realidade atingiu o Ponto E. Assim, durante o tempo, t, o veículo deve ter experimentado uma mudança de velocidade em direção ao centro de curvatura de DF / t. Isso gira o vetor V1 através de um ângulo. Durante o mesmo tempo, uma mudança de velocidade deve ocorrer na direção FE, de FE / t.

O veículo experimentou duas forças ao traçar uma curva, uma longitudinal e outra lateral, essas acelerações fazem o veículo diminuir o tempo gasto nas menores velocidades, isso porque o piloto consegue acelerar o veículo só em esterçar a direção.

O parâmetro usado para saber o desempenho de um veículo na pista é justamente o vetor aceleração, este define os limites do carro no diagrama g-g que é um gráfico com dois eixos, o eixo y representa a aceleração longitudinal e o eixo x representa a aceleração lateral como na figura abaixo:

Entendido os conceitos de aceleração lateral e longitudinal podemos resumir que temos que cumprir apenas duas condições para ser o veículo mais rápido da pista. Primeiro, o veículo deve contar com a maior área do diagrama g-g, e segundo, o piloto deve ter uma capacidade de operar e manter o veículo o maior tempo possível nos limites de aceleração do veículo.

Mas como se faz para aumentar a área do diagrama g-g? Primeiro devemos entender como funciona alguns componentes do carro, mas isso é coisa para os próximos posts.

Referência: RACE CAR VEHICLE DYNAMICS de Willian F. Milliken e Douglas L. Milliken