למה מכוניות פורמולה 1 מהירות כל כך?
(ראו תוספות והערות בסוף הטקסט :-) )
--
אולי אני אפתיע אתכם, אבל מכוניות מרוץ מדגם פורמולה 1 לא מתוכננות לנסוע מהר במובן הפשוט של המילה, אלא הן מתוככנות להקיף את המסלול הכי מהר שאפשר - וזה לא אותו הדבר. מכוניות פורמולה 1 יכולות להגיע ל-350 קמ"ש בנסיעה בקו ישר, אבל הקפה מהירה דורשת לא רק מהירות - אלא גם תימרון טוב, ז"א היכולת לבצע פניות חדות במהירויות שרכב רגיל היה מתהפך בהן מיד, וגם את היכולת להאיץ ביציאה מהפניות האלה: מאפס למאה קמ"ש בשתיים וחצי שניות, בערך. אז איך הן עושות את זה?

מכוניות המרוץ הראשונות ניראו כמו סיגרים ארוכים, כשהמנוע נמצא מקדימה, לפני הנהג. למבנה הזה יש יתרונות - למשל, קל יותר לקרר את המנוע והוא גם מגן על הנהג במקרה של תאונה - אבל בהקשר של מרוצי מכוניות יש לו חיסרון בולט: אם המנוע הכבד נמצא מקדימה, לרכב קשה יותר להסתובב ולתמרן בפניות. אני לא אסביר כרגע למה זה קורה, אבל אתם כולכם מבינים את זה אינטואטיבית: דמיינו שאתם מחזיקים מטאטא במקביל לקרקע. אם אתם מחזיקים את המטאטא כשהמברשת קרובה אליכם, קל לסובב אותו - אבל אם המברשת רחוקה, ז"א מרכז הכובד של המטאטא נמצא רחוק מכם - הרבה יותר קשה לסובב אותו. אותו הדבר ברכב: כשהמנוע נמצא רחוק מציר הסיבוב של המכונית, קשה לגרום לה להסתובב מהר, ואם היא כבר מסתובבת קשה ליישר אותה בחזרה. לכן, בשנות החמישים עשו המהנדסים את השינוי הגדול ביותר בתולדות מכוניות הפורמולה 1, והעבירו את המנועים אל מרכז הרכב, מאחורי הנהג, שינוי שהוביל לשיפור מיידי ודרמטי ביכולת התמרון של המכונית.

במקביל, גם המנועים הלכו ונעשו יעילים יותר. למכונית פורמולה 1 יש היום מנוע בנפח של 1.6 ליטרים, שזה אותו הנפח כמו במכונית משפחתית רגילה - אבל בעוד שהמנועים שלנו מצליחים לייצר הספק של 100 עד 200 כוחות סוס בערך, מנועי פורמולה 1 מייצרים יותר מאלף כוחות סוס. איך הם עושים את זה?

המפתח הוא ניצול יעיל של האנרגיה שמפיק המנוע. במכוניות פורמולה 1 ישנו מנגנון שנקרא MGU-K, שמחובר לגלגלים: כשהרכב בולם, המנגנון הזה לוקח את התנועה הסיבובית של הגלגלים וממירה אותה לאנרגיה חשמלית. אחר כך, כשהנהג לוחץ על דוושת הגז - האנרגיה הזו מפעילה מנוע חשמלי שמסובב את הגלגלים האחוריים ומעניק להם תוספת כוח משמעותית. באופן הזה לוקחים אנרגיה שהייתה עשויה להתבזבז כחום - ומנצלים אותה כדי לדחוף את הרכב קדימה.

מנגנון נוסף בשם MGU-H גם כן מנצל אנרגיה מבוזבזת שכזו: הגזים הלוהטים שנפלטים מהמנוע. גזי הפליטה האלה עוברים דרך ציר שעליו כנפונים קטנים, כמו כנפונים של מאוורר: זו מה שמכונה 'טורבינה', וכשהגז החם מסובב את הטורבינה האנרגיה הזו מומרת גם כן לאנרגיה חשמלית. האנרגיה הזו מפעילה עוד מנוע חשמלי שמחובר למה שמכונה 'מגדש טורבו': מדחס שדוחף אוויר לתוך המנוע בלחץ גבוה, מה שמשפר את הבעירה ומאפשר למנוע להפיק יותר אנרגיה מכל טיפה של דלק. אגב, גם במכוניות רגילות אפשר למצוא מערכת טורבו, אבל במכונית משפחתית, מהרגע שלוחצים על דוושת הגז ועד הרגע שהמגדש נכנס לפעולה ודוחס את האוויר חולף קצת זמן - זה מה שנקרא 'טורבו-לאג' - בעוד שבמכונית פורמולה 1, בגלל המנוע החשמלי, זה קורה בתוך שבריר שניה.
ה-MGU-H משפר מאוד את היעילות של המנוע, אבל לאחרונה הוחלט לאסור על השימוש בו מכיוון שהוא יקר מאוד - מה שמונע מיצרנים קטנים להשתתף בתחרויות - ובנוסף, הוא גם עושה את המנוע שקט יותר, וזה מסתבר מפריע מאוד לאוהדים שאוהבים את הרעש שמשמיעות המכוניות האלה...

ולבסוף, אפשר לראות שלמכוניות פורמולה 1 יש כנפונים בחרטום ובירכתיים. הכנפונים האלה מייצרים כוח עילוי, אבל בניגוד לכנפיים של מטוס, הכנפונים האלה הפוכים כך שבמקום לדחוף את המכונית למעלה - הם דוחפים כלפי מטה, אל הריצפה. למה? כי בפורמולה 1 המנוע כל כך חזק והגלגלים מסתובבים כל כך מהר עד שהם מחליקים על הכביש - והכוח שמפיקים הכנפונים "מדביק" את הרכב אל האספלט ומשפר את האחיזה של הגלגלים בכביש.

זהו, תודה על הצפייה. מוזמנים להעיף מבט בספרים שלי: "פרפטום מובילה", "האוני' הקטנה של המדעים" ו"קרב מוחות: ההיסטוריה הזדונית של הוירוסים למחשב", שזמינים כולם באתר הבית: ranlevi.co.il. להתראות.

--
אסף שפר מוסיף -
"לגבי המנוע. במנוע של מכונית אף 1 היחס דחיסה הרבה הרבה יותר גבוה מהיחס דחיסה במנוע של רכב משפחתי. יוצא יותר הספק אבל זה מבזבז דלק עושה רעש ובלאי מטורף למנוע מה שלא מתאים לרכב משפחתי. בנוסף, הצילנדרים במנוע פורמולה קצרים מאוד, סביבות ה5 סמ ומהלך הבוכנה בתוך הצילנדר הוא מאוד קצר מה שמעלה את הסיבובי מנוע לסל"ד מטורף. בגלל הסלד הגבוה המנוע צריך להיות מחוזק ומדוייק יקר ומורכב. ואלה שתי ההבדלים העיקריים במנוע של אף 1 או כל מנוע של רכב ספורט או אופנוע ספורט למנוע של טויוטה קורולה באותו נפח."