Gövdenin direnişi nereye kadar?
Havaya gösterilen direnç neden önemli? Rüzgar akıp gitmeyince ne oluyor? Su damlası formu ne kadar mühim? Ya direnç kat sayısı ne menem bir şeydir? Hadi biraz fizik çalışalım…
1800’lü yılların sonlarına doğru buharlı trenlerde hız rekoru yarışları başlayınca, tasarımcılar havanın sürtünme direncini önemini anladılar ve çalışmalar yapmaya başladılar. Bu çalışmaların sonucunda da trenlerin ön yüzleri aerodinamik kurallara uygun yapılarak yeni hız rekorları kırılmaya devam etti. Bugün bile yüksek hızlı trenlerin hepsinin ön yüzleri havayı en etkili şekilde yaracak şekilde tasarlanmaktadır.
Rüzgâr direncini yenmedeki en büyük yardımcımız, havanın hareketini inceleyen Aerodinamik bilim dalıdır.
Aerodinamik direnç ya da rüzgâr direnci, havanın hareketli bir araçta uyguladığı dirençtir. Bu, aracınızın penceresinden çıkardığınızda elinizde hissedilen kuvvettir.
Hız, aerodinamik kuvvetin en önemli faktörüdür. Rüzgâr direnci araç süratinin karesiyle orantılıdır, yani hız iki katına çıktığında rüzgâr direnci dört katına çıkar. Şöyle söyleyelim. 25 Km/saat hızla giden bir arabanın karşısındaki hava direnci 1 birim kabul edilirse, ayni araç 50 KM/saat hızla giderken 4 birim karşı direnç, 100 KM/saat ile giderken 16 birim karşı direnç uygular.
Her otomobil dergisinde, makalesinde söz konusu edilen meşhur bir tabir vardır. SCx katsayısı. Bu katsayı aslında iki ayrı birimden oluşur. “S” yani araca tam karşıdan bakılınca görülen yüzey alanı. Cx, aracın form katsayısıdır.
Cx hesaplanmaz ölçülür. Aracı bir rüzgâr tünelinde hareketli bir platformun üstüne koyarız ve karşıdan hava üfleriz. Araç üstündeki platformu havanın etkisiyle geriye sürüklemeye çalışır. Bu sürükleme kuvveti ölçülerek Cx katsayısı bulunmuş olur
Formüldeki “p” ise 1 metreküpteki hava ağırlığıdır. (yaklaşık 1.2 kg ) Bu değer nem basınç ve sıcaklıkla değişir. Fx ise az önce sözünü ettiğimiz rüzgâr direncidir.
Popüler bir otomobil dergisi için biraz fazla bilimsel detaya girdik. Bu kadar detayın sebebi otomobilin şeklinin yüksekliğinin rüzgâr direncine dolayısı ile yakıt tüketimine ne kadar çok etkisi olduğunun temelini anlatmak içindi.
Hadi simdi yukarıdaki formülde ki işlemleri 2 değişik araç için yapalım. Birincisi SUV dediğimiz son zamanların modası olan (ben de almak istiyorum ama hala alamadım) yüksek ve heybetli bir araç diğeri ise sedan bir aile otomobili. Her iki araçta 130 Km/s sürat ile yol alıyor.
SUV (Cx = 0,38 ve S = 2,70 m2)
Fx = 0.5 × 1.2 × (36.11)2 × 2.70 × 0.38 = 802.7 N
Sedan aile otomobili (Cx = 0,3 ve S = 1,75 m2)
Fx = 0.5 × 1.2 × (36.11)2 × 1.75 × 0.3 = 410.7 N
Görüyorsunuz, ben bir şey söylemiyorum, görüyorsunuz.
Havanın SUV aracımıza uyguladığı kuvvet sedan aracın nerdeyse 2 katı. Yok, motoru şöyleymiş, yok dizelmiş, az yakıyormuş boş laflar. İki araç aynı süratle giderken birisi diğerinin 2 katı rüzgâr direnciyle karşılaşıyor. Doğal olarak ta o direnci yenebilmek için fazla güç harcıyor, fazla yakıyor.
Peki, otomobil üreticiler neler yapıyorlar. Mükemmel otomobil, 5 m uzunluğunda bir su damlası şeklinde olmalıdır. Aslında o da yapılmış bir zamanlar. Tek tük te olsa yağmur damlası formunda araçlar tasarlanıp üretilmişler. Ancak 64 Chevrolet, gibi kare formunda gemiler de üretilmiş.
Günümüzde otomobillerde daha önceden de konuştuğumuz gibi çevre kirliliği normları çok sıkı kurallara bağlandı. Araç-lar çevreyi az kirletmek zorundalar. Az kirletmek eşittik az yakıt tüketimi demek oluyor. Firmalar da az yakıt tüketmek için araçlarda aerodinamik her türlü iyileştirmeyi limitleri zorlayarak yapmaya devam ediyorlar.
Hava aracın altından geçerken en az sürtünmeyle karşılaşabilmesi için, araçların altları olabildiği kadar düz yapılıyor. Birçok yere plastik levhalar takılıyor. Karmaşık yüzeyler düzleştiriliyor. Aracın ününden giren hava mümkün olduğu kadar düzgün bir yoldan dışarı atılmaya çalışılıyor. Özellikle taşıtların arka taraflarında birçok aerodinamik parçalar kullanılıyor. Çünkü aracın arkasında oluşan türbülanslar araç 90 km/s hızla giderken rüzgar direncinin yaklaşık %20 sini oluşturuyor.
Hava aracın üstünden geçerken en az sürtünmeyle karşılaşsın diye, bütün pürüzlü yüzeyler yuvarlatılıyor. Havayı yönlendirecek şekilde tasarlanıyor.
Lastikler ve jantlar bile tasarlanırken aerodinamik kaygılar göz önünde tutuluyor. Havayı en iyi yaran ve az sürtünen kapalı jantlar kullanılmaya çalışılıyor.
Ek olarak, optimize edilmiş hava akışı yönetimi, mümkün olduğunca hava gürültüsünü azaltarak konforu artırır.
En iyi optimize edilmiş araçlar yakıt tüketiminin çok önemli olduğu hybrid ve tam elektrikli otomobillerdir. Dikkat ederseniz bu araçların tasarımları sıra dışı şekilde su damlası formuna benzer. (Toyota Prius, Honda Insight)
Biz ne yapmalıyız?
Bir kere hız hem felakettir hem de fazla yaktırır, ne kadar hızlı giderseniz, hava direnci de o kadar hızlı artar. Hızımızı azaltmalıyız. Aracın üstüne bagaj gibi aksesuarlar takmamalıyız. Aracın orijinal donanımlarını özellikle kasa altındaki plastik parçalar kırılınca yenilerini takmalıyız. Araca spolier gibi ilave rüzgar direnci getirecek parçalarda kaçınmalıyız.