C-Les forces de la voiture de Formule1

Une voiture de Formule 1 à l'arrêt subit deux forces: le poids et la réaction du sol. Lorsqu'elle est en mouvement, trois forces s'ajoutent: la traction, la résistance au mouvement (composée par la traînée (due à la résistance de l'air) et par les frottements du sol) et la portance (c'est-à-dire les forces sont les mêmes que celles de l'avion, avec l'ajout de la réaction du sol).

Le poids, ayant pour origine la pesanteur, est appliqué au centre de gravité de la voiture de Formule 1. Il est dirigé vers le bas et sa direction est le centre de la Terre. La formule du poids en N est p=m.g, avec m la masse de l'objet (en kg) et g l'accélération de la pesanteur (en m/s2).

La réaction du sol (normale) est appliquée aux quatre surfaces de contact entre les pneus et le sol. Sa direction est perpendiculaire au sol, et son sens est vers le haut. La valeur de la réaction du sol est égale au poids, répartie sur les quatre roues.

La traction (force motrice) provient de l'action du moteur, dont le mouvement est transmis aux roues, permettant à la Formule 1 d'avancer. Appliquée au centre de gravité de la voiture, elle a une direction horizontale par rapport au sol et est dirigée dans le sens du mouvement .

La résistance au mouvement peut être décomposée en deux forces: les frottements de l'air (traînée) et du sol.

• la traînée est appliquée au centre de gravité et dirigée horizontalement dans le sens opposé au mouvement. La formule est Tr(en N)=1/2 × S × ρ × V² × Cx, avec ρ la masse volumique de l'air (en kg/m 3), V la vitesse (en m/s), S surface (en m²) et Cx le coefficient de traînée (sans unités).
• la résistance du sol (résistance au roulement) est répartie sur les quatre points de contact entre les roues et le sol, de direction horizontale et de sens opposé au mouvement. La formule de la force de résistance au roulement (en N) est Fr = p.m', avec p est le poids en N et m' le coefficient de résistance au roulement qui dépend de la voiture.

La portance, dans le cas de la Formule 1, est négative, c'est-à-dire que contrairement à l'avion, elle est dirigée vers le bas: c'est pourquoi on l'appelle la déportance! Elle a pour origine les ailerons, dont le rôle est d'utiliser le principe de Bernoulli afin de créer, de par leur forme d'aile inversée, une dépression sous l'aileron qui augmente l'adhérence de la voiture, la « collant » au sol. Cette force est appliquée aux ailerons, elle est dirigée perpendiculairement au vent relatif et vers le bas. La formule de la portance est Rz(en N)=1/2 × S × ρ × V² × Cz, avec ρ la masse volumique de l'air (en kg/m 3), V la vitesse (en m/s), S surface (en m²) et Cz le coefficient de portance (sans unités).

Afin de mettre en évidence la déportance d'un aileron, nous avons conçu et réalisé l'expérience 4 (partie III-A: La mise en évidence de la déportance).