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【図解あり】F1マシンの速さの理由をわかりやすく解説してみる

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どうも、F1大好きしゃるです!

友達にもF1好きを公言している僕ですが、よくこんな質問を受けます。

F1マシンってなんであんなに速く走れるの??

良い質問!!

確かにF1マシンってめちゃめちゃ速いです。

時速300kmは普通に出るし、コーナーを曲がるときだって平気で時速200kmくらい出てます。

一周5.8キロの鈴鹿サーキットを1分30秒で走ってしまうモンスターマシンなんです。

ではどうしてこんなにも速く走れるのか?

今回はそんなF1マシンのお話。

速さに関わる3つの要素

F1マシンが速く走れる要素にはたくさんのものがあるのですが、主に挙げられる要素がこの4つ。

  1. エンジンパワー
  2. ダウンフォース
  3. 車体の軽さ
  4. 特殊なタイヤ

では一つ一つ具体的に見ていきましょう。

速さの秘密① エンジンパワー

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一つ目の速さの秘密としてあげられるのがエンジンパワー。

一般車であればその馬力は100馬力前後。

それに比べてF1マシンの馬力は700馬力。

単純に比較してみても約7倍のパワーがあるわけです。

最高速度はコースにも寄りますが、時速350以上出ることも。

加速性能もズバ抜けていて、時速0kmから時速100kmに至るまでに要する時間は約2.5秒。

また、F1マシンはより多くのパワーを生み出すために運動エネルギーと熱エネルギーを常に回生しながら走っています。

熱エネルギーを回生するための装置をMGU-H、運動エネルギーを回生するための装置をMGU-Kと言いますが、MGU-Hでは排気ガスでタービンを回し、そこから電気を発電しています。

一方MGU-Kはマシンが持っている運動エネルギーをブレーキング時に電気として取り出しています。

  • MGU-H‥‥排気ガスの熱エネルギーを回生するシステム
  • MGU-K‥‥F1マシンの運動エネルギーを回生するシステム
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これらのエネルギーをエンジン本体の馬力に上乗せしてF1マシンは大きな馬力を生み出しているという複雑な仕組み。

運動エネルギーを回生するシステムは電気自動車などの乗用車にも用いられていますが、排気ガスの熱エネルギーまで回生するシステムは乗用車には無く、F1ならではの技術。

このハイブリッドな機構のおかげで現代のF1マシンは大きな馬力を生み出しながら速く走れるわけですね。

速さの秘密② ダウンフォース

みなさんダウンフォースという言葉はご存知でしょうか?

ご存知でない方のためにも少し身近なところから話をしてみましょう。

皆さん一度は目にしたことがある飛行機。
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ジャンボジェット機であればその重さは150トンにもなるそうです。

なんでこんな重たい飛行機が空を飛べるのか不思議に思ったことはありませんか?

飛行機が空を飛べるということは飛行機に何かしら上向きの力が働いているということです。

これを専門用語で揚力と言いますが、飛行機には揚力という力が働いており、飛行機を上に持ち上げてくれています。

この上向きの力によって飛行機は空を飛ぶことが出来るんです。

その上向きの力「揚力」を発生させるためには空気を利用します。

つまり飛行機は空気を使って上向きの力を発生させ、その力で機体を持ち上げ空を飛ぶということ。

実はこれと逆の原理を使っているのがF1マシン。

F1マシンの場合、車体に当たる空気を利用して下向きの力を発生させています。

この力がダウンフォース(down force)と呼ばれるもの。

具体的には車体に付いているフロントウイングやリアウイング、車体の底で大きなダウンフォースを発生させています。
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このダウンフォースはF1マシンを強い力で地面に押し付けてくれます。

イメージとしてはF1マシンは見えないダウンフォースという力を使って地面に張り付きながら走っているんです。

F1マシンの重さが700kgとすれば、その約三倍に当たる2トンのダウンフォースが車体にかかっていると言われています。

そうするとどうなるか。

コーナリングスピードが圧倒的に速くなるんです。

車がコーナーを曲がるときには車に遠心力という力が働き、曲がりたい方向と逆向きに力が働いてしまいます。

これではタイヤに働く摩擦力が遠心力に負けてしまい、外側に引っ張られてしまうのでコーナーを速く曲がることはできません。

しかしF1マシンの場合ダウンフォースのおかげで車体は地面に強く押し付けられているので、コーナーを曲がる際に曲がりたい方向に強い摩擦力が働きます。

この摩擦力が車体に働く遠心力を相殺してくれるのでF1マシンはしっかりと地面を捉えながらコーナーを速く曲がることができるという原理。

タイヤから得られるメカニカルグリップに加え、ダウンフォースの力を借りてしっかりとマシンを地面に押さえつけながら走ることが出来るのでF1マシンはとんでもない速さでコーナーを曲がることが出来るんですね。

速さの秘密③ 車体の軽さ

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一般車の重さは車種にも寄りますが、だいたい1トンから2トン。

それに比べF1マシンの重さは約700kg!

めちゃめちゃ軽いです。

というのも現代のF1マシンは車体にCFRPというカーボン素材を使っており、このCFRPが高強度でめちゃめちゃ軽いんです。

これがF1マシンを軽くしてくれている大きな要因。

他にもF1マシンにはとにかく軽量化するために乗用車のようなクーラーや排気ガスの音を小さくするための消音器などの部品は一切付いていません。

これはマシンを軽くすることによって得られるメリットがあるからです。

メリット① 加速性能の向上

例えば、重いものを動かすより軽いものを動かす方が小さな力で動かすことが出来ますよね?

それと同じでF1マシンは軽いので加速性能がとてもいいわけです。

具体的には、時速0kmから時速100kmに至るまでにかかる時間は約2.5秒。

すごい速さです。。

馬力の大きさだけで言えばF1マシンより大きな馬力を持つ車は存在します。

しかしF1マシンはその軽さゆえにそれらの車よりも優れた加速性能を発揮できるわけです。

メリット② コーナリング性能の向上

先ほどダウンフォースという下向きの力のおかげで速くコーナーを曲がることが出来ると言いましたが、重量が軽いこともコーナーを速く曲がるための重要な要素なんです。

というのもコーナーを曲がるときに働く遠心力はマシンの重さに比例します。

つまり、マシンが重たければ重いほど、曲がりたい方向とは逆方向に大きな遠心力が働いてしまい、速く曲がることが出来ないんです。(強いアンダーステアが出てしまう)

なので重量は出来るだけ軽くしたい。

だからこそF1マシンは速く走るために素材を工夫したり、不要なものをすべて取り除いて重量を軽くしているわけですね。

とことん軽量化を追い求めるが故に速く走るために不必要なものはすべて排除してしまうため、F1マシンは乗り心地というものを全く考慮せずに作られています。

しかしこれも速さを追求するために必要なこと。

まさに世界最高峰のモータースポーツというだけありますね。

速さの秘密④ 特殊なタイヤ

F1で用いられているタイヤって乗用車とは違ってかなり特殊なタイヤを使用しているんです。

それがこちら。
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乗用車のタイヤと決定的に異なる部分がありますね。

溝が無いんです。

これはスリックタイヤと呼ばれるもので、レース用の特殊なタイヤになります。

実はこれが速さの秘密。

溝が無いとタイヤは地面との接地面積を増やすことが出来ます。

そうするとより大きなグリップを得ることが出来るんです。

また、このタイヤは表面が高い温度で溶けるように作られています。

レース中タイヤの温度は約100℃ほどになるのですが、この温度領域ではタイヤの表面がネバネバのゴムのように溶けてしまいます。

この強力な粘着力によってF1マシンはタイヤから大きなグリップを得ています。

このようなスリックタイヤだからこそF1マシンの優れた加速と速いコーナリングに耐えられるということですね。

ただ、このスリックタイヤには一つ弱点があります。

溝が無いので水はけがとても悪く路面が濡れている時はこのタイヤじゃとても走れないんです。

なので雨のコンディションでは溝の入ったレインタイヤを使います。

路面のコンディションに合わせながら最適なタイヤを選択してマシンを走らせている所にも速さの秘密があるということですね。