Aplikasi Fisika Dalam Formula 1 (F1)

Nico Rosberg (depan) dan Lewis Hamilton (belakang) beradu cepat di atas sirkuit Autodromo Hermanos Rodriguez, Meksiko (30/10).

S eperti banyak hal, fisika memiliki peran fundamental dalam olahraga otomotif Formula One (F1). Mobil-mobil F1 modern secara keseluruhan dirancang atas azas aerodinamika. Mobil tersebut harus bergerak secepat dan seaman mungkin sekaligus menciptakan gaya ke bawah yang cukup dan tarikan (drag) seminimal mungkin.

Hukum Newton diterapkan dalam mobil F1 sama seperti bagaimana hukum tersebut juga berlaku untuk benda-benda berukuran besar dalam semesta ini. Ketiga hukum Newton yang diterapkan dalam mobil F1 ini dijelskan secara baik oleh Brian Beckman (seorang fisikawan sekaligus pengamat balap):

“Hukum pertama: sebuah mobil yang bergerak lurus pada kecepatan konstan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan hingga ada gaya eksternal yang bekerja padanya. Satu-satunya alasan sebuah mobil dalam kondisi netral tidak bergerak terus-menerus adalah karena adanya gaya gesek, sebuah gaya eksternal, yang perlahan memelankan laju mobil. Kecenderungan sebuah mobil untuk tetap bergerak adalah karena adanya inersia (kelembaman) pada mobil, dan kelembaman ini terkonsentrasi pada titik pusat gravitasi.

Pusat gravitasi mobil F1.

Hukum kedua: Ketika sebuah gaya diterapkan pada sebuah mobil, perubahan pergerakan sebanding dengan gaya dibagi dengan massa mobil. Gaya ini dirumuskan dengan persamaan populer F = ma, di mana F adalah gaya, m adalah massa, dan a adalah percepatan, atau perubahan kecepatan dari mobil. Makin besar gaya hal ini menyebabkan cepatnya perubahan kecepatan, dan makin berat sebuah mobil, maka ia akan semakin lambat reaksinya terhadap gaya. Hukum kedua Newton menjelaskan mengapa mobil-mobil yang cepat seperti mobil F1 itu kuat dan ringan. Makin besar F dan makin kecil m yang dimiliki, maka a yang diperoleh akan lebih besar.

Hukum ketiga: Tiap gaya yang diberikan sebuah mobil pada objek yang lain, misalnya aspal, besar gaya yang diberikan oleh objek pada mobil akan sama tetapi berlawanan arah. Ketika rem difungsikan, hal ini akan menyebabkan ban mendorong ke depan melawan aspal, dan aspal juga akan memberi dorongan kembali. Selama mobil tersebut direm, aspal akan mendorongnya kembali dan menyebabkan mobil melambat”.

Gaya ke bawah:

Prinsip yang sama seperti sayap pesawat terbang juga diterapkan pada sayap mobil di F1, namun berbeda dengan pesawat di mana sayap tersebut menyebabkan gaya angkat, sayap pada F1 malah membuat terciptanya gaya ke bawah. Prinsip Bernoulli adalah aturan secara fisik yang mendefinisikan fungsi sayap. Keetika udara mengalir dengan laju yang berbeda pada dua sisi sayap dan pada jarak yang berbeda akibat bentuk sayap menyebabkan terciptanya perbedaan tekanan. Tekanan mencoba untuk menyeimbangkan dan ini menyebabkan sayap mencoba dan bergerak ke arah yang tekanannya lebih rendah.

Berikut ini adalah diagram yang menunjukkan gaya angkat berdasarkan Prinsip Bernoulli:

Gaya angkat ke atas pada Prinsip Bernoulli.

Gaya ke bawah berdasarkan Prinsip Bernoulli:

Gaya ke bawah pada Prinsip Bernoulli

Dua sayap pada mobil F1 (sayap depan dan belakang) secara bersamaan bisa menghasilkan gaya ke bawah pada mobil hingga mencapai 70%. Karena tingginya persentase inilah sayap merupakan komponen yang sangat penting dari mobil. Berikut ini adalah contoh dari sayap depan modern yang ditemukan pada mobil F1.

Penampakan sayap depan pada mobil F1.

Tarikan (Drag):

Pengurangan tarikan sangatlah penting dalam F1. Tiap fitur mobil, termasuk pengemudi mempertimbangkan kapan mereka mencoba untuk mengurangi tarikan. Helm pengemudi, tersambung dengan komponen-komponen suspensi, perangkat keras eksternal yang semuanya didesain untuk mengurangi tarikandari mobil.

Dalam fisika, tarikan mengacu pada gaya yang melawan geraknya sebuah benda dengan memperhatikan fluida di sekelilingnya.

Tarikan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:

Di mana:

FD adalah gaya tarikan

ρ adalah massa jenis dari fluida

v adalah kecepatan objek yang relatif terhadap fluida

A adalah area persilangan seksional

CD adalah koefisien tarikan

Sumber: Physics, formula1dictionary.
Diterjemahkan ke Bahasa Indonesia oleh: Ella.