aerodinami

[onur]

Otomobilinizle saatte 100 km hızla giderken dümdüz bir duvara çarptığınızı hayal edin. Bütün metal parçaların ezildiğini camların paramparça olduğunu… Güvenlik sistemlerimiz her geçen gün gelişiyor ancak buna rağmen arabalar hala böyle bir çarpışma için tasarlanmıyor.

Ancak başka bir duvar var ki, çok uzun süredir arabalar onunla mücadele etmek üzere tasarlanıyor: hava. Birçoğumuz havayı bir “duvar” olarak  görmez. Özellikle düşük hızlarda ve rüzgarsız havalarda,  hissedilen hava direnci çok düşüktür.  Yüksek hızlara çıkıldığında ise otomobile etkiyen hava direnci (sürükleme kuvveti) ciddi bir mertebeye ulaşır.

Bu noktada devreye aerodinamik bilimi girer. Aerodinamik, hava içerisinde hareket eden cisimlere etkiyen kuvvetler ve bu kuvvetler neticesinde cismin hareketini inceleyen bilimdir. Otomobiller yıllardır aerodinamik etkiler gözönüne alınarak tasarlanmakta ve otomobilin başetmek zorunda olduğu hava duvarının daha rahat delebilmesinin yolları aranmaktadır.

Aerodinamiğin otomobillere uygulanmasına geçmeden önce birkaç temel meseleyi hatırlayalım. Bir cisim hava içerisinde hareket ettiğinde bir miktar havanın yerini değiştirir. Hava içerisinde (veya herhangibir akışkan içerisinde) hareket eden bir cisim sürükleme (drag) kuvvetine maruz kalır. Sürükleme kuvveti cismin hızı arttıkça artar.

Bir cismin hareketini Newton yasaları ışığında inceleriz. Bu durumda; kütle, sürat, ağırlık, dış kıvvetler ve ivmeyi göz önüne almamız gerek.

Sürükleme, cismin ivmesi üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Bir cismin ivmesi, cisim üzerine etkiyen net kuvvetin cismin kütlesine bölümü ile bulunabilir.

a = (T – D)/m

Buradaki T otomobilin tekerlekler vasıtası ile ürettiği çekiş kuvvetini (thrust), D ise otomobile etkiyen sürükleme kuvvetini ifade etmektedir. Araç hızlandıkça ivmesi ve hızı artarken, maruz kaldığı sürükleme kuvveti de artar. Aracın üretebileceği maksimum itki kuvveti sabit olduğundan bir noktada sürükleme kuvveti ile çekiş kuvveti eşit olur ve araç daha fazla hızlanamaz.

Peki bu bilgiyi araç tasarımında nasıl kullanabiliriz? Bu noktada “sürükleme katsayısı” adı verilen birimsiz büyüklükten söz etmek yararlı olacak. Sürükleme katsayısı, bir cismin bir ortamda (herhangi bir akışkan içerisinde) ne kadar rahat hareket edebildiğini belirtmekte kullanılmaktadır. 

Tampon eklerininde buna çok faydası var.