じどうしゃ学１９～空気抵抗の妙～

■クルマが移動体である以上、その目的を果たすためには、走ることが前提条件である。走らない車に存在意義は無く、どんなうんちくの語られるクルマであっても個人のロマン以外に価値は無い。
　
以下、運動としての走りについて徒然と。





速度と時間、および距離の関係は、小学生の時にならった式を元にすると、

Ｖ＝ｘ／ｔ　　（Ｖ：速度　ｘ＝距離　ｔ＝時間）・・・・①

速度は、移動した（する）距離を時間で割れば導き出せるという事だ。
時速１００ｋｍ／ｈというのは、１００ｋｍ走るのには１時間かかりますよ、となるわけだ。
これを踏まえて。

■車Ａが、自宅から６０ｋｍ離れたところにある目的地に行くとき、
　１時間で目的地に到着するには、時速何キロで走れば良いでしょう？

と言う問題があるとする。答えは簡単、先ほどの式から、求める速度をＶとして

Ｖ＝６０（ｋｍ）／１（時間）＝６０（ｋｍ／ｈ）

時速６０キロで走ればいいわけだ。

で、実際の世界にこれを当てはめると、とんでもない事実にぶち当たる。
そう、この式から導き出せるのは、車Ａが自宅から目的地まで走る間の
平均時速が時速６０キロということなのだ。
従って、この式のとおりに車Ａが目的地に向かおうとすると、
自宅を初速度０（ゼロ）すなわち止まっている状態から、
いきなり時速６０キロで走り出さなければならない、ということだ。
それに、目的地に到着したら、一瞬で速度０（ゼロ）へ減速しなければならない。
これでは車Ａに乗ったドライバーはたまったものではない。
加速、減速共に、想像を絶するＧと戦わなければならないのだ。
ここで、百歩譲って加速に１秒、減速に１秒それぞれかかるとすると、

加速Ｇ=ｖ(速度変化)/ｔ(単位時間)/g(重力加速度)　・・・・②
重力加速度をｇ＝9.8とすると

加速Ｇ＝約１．７Ｇ

静止状態からいきなり体重の１．７倍のＧがかかるわけだ。
しかし、まだまだＦ１には遠く及ばないなぁ。
というより、１秒と言うのが結構長いかも。
①式のとおり、それこそ０秒で加速、減速をしたならば、Ｇ＝∞・・・
それは、時速６０キロで硬い鋼鉄の壁にぶち当たるのと同じことなのだ。
おそろしや・・

高校生レベルになれば、ある程度リアルな運動方程式を教えてもらえるので、
初速度、加速度、経過時間など、事実に近い値を導き出せる。

Ｘ＝ｖｔ＋１／２ａｔ^2・・・・③

Ｆ＝Ｍ(ｄ２ｘ/ｄｔ２)＝ｍａ（微分・積分入り）

（Ｘ：移動距離　ｖ＝初速度　ｔ＝経過時間　ａ＝加速度）

これなら、ある程度まともな値が出そうな式の長さだ。
しかし、さらに現実に即した式にするには、空気の抵抗などが
密接にかかわってくる。

■クルマが空気のあるところで走る乗り物である以上、
　空気の抵抗は必ず受けるものだ。
　速度変化における空気抵抗は、以下の式で表される。

Ｆx＝１／２・ρＣxＡＶ2

Ｆ＝空力　ρ＝空気の密度　Ｃ＝空気抵抗係数　Ａ＝前方投影面積　
Ｖ＝速度

簡単に言えば、真正面からクルマを見たときの面積（＝前方投影面積）と、
速度の二乗に比例して空力は増えることが分かる。
従って、細かな形状よりも風に対して垂直に当たる面積に大きく左右されるわけだ。
ダウンフォースを稼ぐ時にはウィングを立てるのはこのためだ。
リトラクタブルヘッドランプの開閉状態によらず、空気抵抗は一定！？
→実際には、リトラクタブルヘッドランプが開いていれば、
　そこに乱気流が発生するので、微妙に影響を与える。

ちなみに一般的なヒト（身長１６５センチ、中肉中背）が１００ｍ走るのに、　
２０秒かかったとすると、このヒトの体に受ける空気抵抗は７００ｇくらい。
これを重いと感じるヒトはいないだろう。ところがオリンピック選手のように
１００ｍを１０秒足らずで走るヒトの場合、空気抵抗は２．８ｋｇ！
このくらいになると、追い風参考記録などといい、具体的な影響が現れる。
時速３００キロに及ぶＦ１マシンともなれば、ものすごい空気抵抗と、
それこそ天井を走れるくらいのダウンフォースになる。
そういえば、ル・マン２４時間レースで空に飛び立っていったベンツがいたっけ。

そのくらいすごい空気の抵抗、及びそれを利用したダウンフォースを受けながら
走るＦ１。コーナリング中では当然ダウンフォースは激減するわけだから、
フロントタイヤにかかる荷重も激減する。
従って減速に入ってからブレーキペダルを一定の力で踏み続ければ、
とあるポイントでタイヤはロックしてしまうだろう。
という事は、減速時には、常にブレーキペダルの踏力を加減していなければならない。
しかも、強烈なＧに耐え、さらに戦略を考えながらだ。
うーむ、さすがはＦ１ドライバー。恐れ入りました。
ながら勉強はいけません！ﾎﾞｿｯ

ま、それはさておき、上記は空気力学のカジリのカジリ程度（前書きレベル）なので、
どう考えても市販のエアロパーツが綿密な計算など全くされていないことは、
容易に想像できる。
スタイル重視だからと変にゴテゴテエアロを付けて、
突風にあおられて宙に舞い上がる可能性も０ではない。あ～おそろしや。
しかし、整流程度のエアロならば効果は得られるだろう。