এফ1 গাড়িকে রাস্তায় চাপা দেওয়া শক্তি: গ্রাউন্ড এফেক্ট এবং আন্ডারবডি এরোডাইনামিক্স

গ্রাউন্ড ইফেক্ট এমন একটি অদৃশ্য দস্তানার মতো কাজ করে, যা একটি F1 গাড়কে মাটি থেকে ধরে রাখে না, বরং ট্র্যাকের ভেতরে টেনে নেয়, এবং নিচের বলটি গাড়ির ওজনের কয়েক গুণ পর্যন্ত হতে পারে।
গ্রাউন্ড ইফেক্ট এমন একটি অদৃশ্য দস্তানার মতো কাজ করে, যা একটি F1 গাড়কে মাটি থেকে ধরে রাখে না, বরং ট্র্যাকের ভেতরে টেনে নেয়, এবং নিচের বলটি গাড়ির ওজনের কয়েক গুণ পর্যন্ত হতে পারে।

এই পেজটি শেয়ার করুন

গ্রাউন্ড ইফেক্ট হলো এমন একটি বায়ুগতীয় বল যা F1 গাড়ির নিচের দেহকে এক বিশাল উল্টো ডানায় পরিণত করে গাড়িকে রাস্তায় "আটকে রাখে"। গাড়ির নিচের অতি সংকীর্ণ চ্যানেল দিয়ে বাতাস দ্রুত যাওয়ার সময় চাপ কমে যায় এবং গাড়ি উপরে ঠেলে ওঠার বদলে ট্র্যাকের দিকে টেনে নেওয়া হয়। ঠিক এই কারণেই একটি F1 গাড়ি 300 কিমি/ঘণ্টা বেগে বাঁকে প্রবেশ করার সময় দেয়ালে আছড়ে পড়ার বদলে রাস্তায় চেপে ধরে: নিচের দিকে প্রয়োগ হওয়া বল গাড়ির নিজের ওজনের কয়েকগুণ পর্যন্ত হতে পারে।

উল্লেখযোগ্য বিষয়সমূহ

  • 1977 সালে Lotus 78 Formula 1 ইতিহাসের প্রথম গ্রাউন্ড ইফেক্ট গাড়ি হয়ে ওঠে।
  • Lotus 79, 1978 সালে গ্রাউন্ড ইফেক্টের মাধ্যমে জেতা প্রথম চ্যাম্পিয়নশিপ এনে দেয়।
  • গ্রাউন্ড ইফেক্ট 1983 সালে সমতল তলার নিয়মের মাধ্যমে নিষিদ্ধ হয়, আর 2022 সালে Venturi টানেলের সাথে ফিরে আসে।
  • 2022-পরবর্তী গাড়িগুলোতে ডাউনফোর্সের প্রায় 60% আসে ডানা থেকে নয়, বরং তলা থেকে।
  • এই বিপ্লবের মূল্য নেই না: উচ্চ গতিতে porpoising অর্থাৎ লাফানোর সমস্যা সবসময় পিছু নিয়ে থাকে।

গ্রাউন্ড ইফেক্ট কী এবং কীভাবে কাজ করে? বিমানের বিপরীত এক গল্প

ভাবুন এভাবে: একটি বিমানের ডানা তার ওপর দিয়ে যাওয়া বাতাসকে দ্রুত করে আর নিচে থাকা বাতাস তাকে উপরে তুলে নেয়। প্রকৌশলীরা একদিন জিজ্ঞেস করলেন, "যদি এটা উল্টে দেওয়া হয়?" আর এভাবেই জন্ম নিল F1 ইতিহাসের অন্যতম বৃহত্তম ধারণা। উল্টানো ডানার প্রোফাইল গাড়ির নিচে কম চাপের একটি অঞ্চল সৃষ্টি করে; ওপরের স্বাভাবিক বায়ুচাপ গাড়িকে নিচের দিকে, অর্থাৎ রাস্তার দিকে ঠেলে দেয়। একে আমরা ডাউনফোর্স বলি, আর গাড়ি যত দ্রুত চলে এই বল তত বেড়ে যায়।

পেছনে কাজ করা পদার্থবিজ্ঞানটি হলো বার্নোলির নীতি: বাতাসের মতো প্রবাহীর গতি যত বাড়ে, চাপ তত কমে। গ্রাউন্ড ইফেক্টের আসল কৌশল হলো মাটির কাছাকাছি থাকা। গাড়ি রাস্তার কাছে যত আসে, তার নিচের প্রবেশ-ফাঁক সংকুচিত হয়, বাতাস আরও দ্রুত হয় এবং চাপ আরও কমে যায়। অর্থাৎ এই প্রভাব রাস্তার পৃষ্ঠের নৈকট্যের সাথে অসমানুপাতিকভাবে বাড়ে। এটা যেন ওভেন ধরে ঝাঁকালে ধুলো ভেতরে টেনে নেওয়ার মতো - সংকীর্ণ চ্যানেল, শক্তিশালী শোষণ।

ডানার তুলনায় গ্রাউন্ড ইফেক্টের সবচেয়ে বড় সুবিধা কী, জানেন কি? এর টেনে-চলার বাধা খুবই কম। ডানা ডাউনফোর্স তৈরি করার সময় বায়ুরোধও সঙ্গে নিয়ে আসে; অথচ তলার টানেল প্রায় বিনামূল্যে শক্তিশালী বল দেয়। এমনকি Lotus 78-এ সর্বোচ্চ গতিও বেড়েছিল বলে জানা যায়, কারণ বাড়তি বাঁক-গতি সোজা রাস্তায় গতি হারানোর কারণ হয়ে দাঁড়াচ্ছিল না।

Lotus যুগ: F1 কীভাবে বদলে গেল? 78 থেকে 79 পর্যন্ত বিপ্লব

ধারণার জন্ম: Can-Am থেকে de Havilland পর্যন্ত

এই ধারণা আসলে নতুন কিছু ছিল না। 1960-এর দশকে চওড়া দেহের Can-Am স্পোর্টস গাড়িগুলো ইতিমধ্যেই একই রকম প্রভাবের সুযোগ নিচ্ছিল। কিন্তু খোলা চাকা, সরু দেহের এক-আসনবিশিষ্ট একটি F1 গাড়িতে এর কাজ করবে না বলেই ধারণা করা হচ্ছিল। Peter Wright এবং Tony Rudd 1960-এর দশকের শেষে BRM-এ এই কনসেপ্ট উইন্ড টানেলে পরীক্ষা করেন; প্রকল্পটি পরে তাকে উঠে যায়। ঠিক এই মুহূর্তে মঞ্চে আসেন Colin Chapman।

Chapman, 1976 সালের শুরুতে de Havilland Mosquito নামের যুদ্ধবিমানের ডানায় লাগানো রেডিয়েটরগুলো পরীক্ষা করার সময় তার মনে স্ফুলিঙ্গ জ্বলে ওঠে: সিস্টেমটি উল্টে দিলে উল্লেখযোগ্য ডাউনফোর্স অর্জন করা সম্ভব। এই পর্যবেক্ষণ থেকে তিনি 27 পৃষ্ঠার একটি প্রযুক্তিগত নথি তৈরি করেন এবং কাউন্টডাউন শুরু হয়।

Lotus 78: রহস্যময় কালো বাক্স, যার রহস্য ভেদ করা যায়নি

Lotus 78 1977 সালে আর্জেন্টিনা জিপি দিয়ে F1-এ পা রাখে এবং একই মৌসুমে যুক্তরাষ্ট্র জিপি ওয়েস্টে (Long Beach) প্রথম জয় পায়। গাড়ির পাশের পন্টুনগুলোর নিচের অংশ উল্টো উইং প্রোফাইলের মতো করে গড়া হয়েছিল; নিচের তল ও রাস্তার মাঝের সিলিং আগে ব্রাশ দিয়ে, পরে শক্ত নাইলন স্লাইডিং স্কার্ট দিয়ে নিশ্চিত করা হতো। ওই মৌসুমে প্রতিদ্বন্দ্বীরা গাড়িটির রহস্য ভেদ করতে পারেনি; Chapman-এর দলও প্রকৃত কারণ গোপন রাখতে নানা বানানো ব্যাখ্যা দিয়েছিল। তাছাড়া মৌসুমটা একেবারে নিরানন্দ ছিল না: Mario Andretti চারটি জয় ও ছয়টি পোল পেয়েছিলেন, কিন্তু পাঁচটি ইঞ্জিন গোলযোগ চ্যাম্পিয়নশিপের স্বপ্ন পুড়িয়ে দেয় - ট্রফিটি গিয়ে উঠে যায় গ্রাউন্ড এফেক্টবিহীন Ferrari-র Lauda-র ঝুলিতে।

গাড়িটি চালানো ছিল যেন রাস্তায় আঁকা হয়ে গেছে, সেই অনুভূতি।
Mario Andretti, Lotus 78 সম্পর্কে বলতে গিয়ে

Lotus 79: গ্রাউন্ড এফেক্টের প্রথম চ্যাম্পিয়ন

তারপর এল পুরো ব্যাপারটার সবচেয়ে মিষ্টি অধ্যায়। Lotus 79 প্রথম দেখা দেয় 1978 সালের বেলজিয়াম জিপিতে (Zolder), যেখানে Andretti পোলও নেন, রেসও জেতেন। মৌসুমটা খালি চোখে দেখিয়ে দিল Lotus তার প্রতিযোগীদের কতটা ওপরে: ছয়টি জয়, চারবার 1-2 ফিনিশ, Andretti-র হাতে ড্রাইভার চ্যাম্পিয়নশিপ আর Lotus-এর হাতে কনস্ট্রাক্টর চ্যাম্পিয়নশিপ - প্রতিদ্বন্দ্বী Ferrari-কে ৫৮ পয়েন্টের ব্যবধানে পেছনে ফেলে। Mercedes-এর 1955 সালের আধিপত্যের পর থেকে দেখা সবচেয়ে সফল একক মৌসুম এটিই। শুধু একটা অন্ধকার নোট রয়ে গেল: Ronnie Peterson 1978 সালের ইতালি জিপির দুর্ঘটনার পর চিকিৎসাজনিত জটিলতায় প্রাণ হারান এবং চ্যাম্পিয়নশিপটি Andretti-র ১৩ পয়েন্ট পেছনে থেকে শেষ করেন।

গাড়ির নিচে আসলে কী ঘটছে? ভেনচুরি টানেল, ডিফিউজার ও উইং

Ön kanat görünüşte downforce üretir ama asıl işi arkadaki her bileşene temiz hava ulaştıran tüm aracı bir kanal gibi tasarlamaktır.

Lotus 78/79-এর চ্যানেল ব্যবস্থাটাকে একটা পাইপের মতো কল্পনা করো: সরু একটা প্রবেশপথ, মাঝখানে একটা "গলা" আর পেছনের চাকার সামনে ডিফিউজারে হঠাৎ একটা প্রশস্ত অংশ। সরু অংশ দিয়ে বাতাস যাওয়ার সময় গতি বাড়ে, চাপ কমে; আর প্রশস্ত অংশ বাতাসের প্রবাহকে আবার গুছিয়ে নেয়। স্কার্টগুলো বাতাসকে পাশ দিয়ে বেরিয়ে যেতে দেয়নি, তাই এই নিম্নচাপ পুরো তল জুড়ে বিস্তৃত থাকত। এই ব্যবস্থাপনা কর্নারে ডাউনফোর্সে প্রায় 15% সুবিধা এনে দিয়েছিল - প্রতিদ্বন্দ্বীরা ঠিক এটাই বুঝতে পারছিল না।

তাহলে উইংগুলোর কাজ কী? সামনের উইং মোট ডাউনফোর্সের প্রায় 25-30% তৈরি করে, কিন্তু এর মূল দায়িত্ব আরও গভীর: গাড়ির বাকি অংশ যে বাতাস পাবে, তা সাজিয়ে দেওয়া। শুধু উইংয়ের দিকে তাকানো বিভ্রান্তিকর, কারণ আধুনিক F1 অ্যারোডাইনামিকস পুরো গাড়িটাকেই একটা সম্পূর্ণ চ্যানেল সিস্টেমের মতো ডিজাইন করে। ডিফিউজার থাকে পেছনের অ্যাক্সেলের পেছনে, তলের যে বিরল অংশগুলোতে আকৃতি দেওয়ার অনুমতি আছে তার একটি, এবং এটিই তলের বাতাসের প্রবাহকে বেরোনোর প্রস্তুত করার দরজা। ব্যাপারটার একটা গুরুত্বপূর্ণ দিকও আছে: ডিফিউজারই সবচেয়ে স্পর্শকাতর উপাদান, কাছাকাছি অনুসরণে এটি নিজের ডাউনফোর্সের 70% পর্যন্ত হারাতে পারে - সামনের গাড়ির নোংরা বাতাসে ঢুকলে সবার আগে চুপ হয়ে যায় এটিই।

Gurney flap-এর মতো ছোট খুঁটিনাটিও পার্থক্য গড়ে দেয়: গবেষণা বলছে flap ডাউনফোর্স প্রায় 24% বাড়ায়, বিনিময়ে ড্র্যাগ সীমিত মাত্রায় বাড়ে। গ্রাউন্ড এফেক্ট আবার মেকানিক্যাল গ্রিপের সঙ্গে হাতে হাত মিলিয়ে কাজ করে; দুটি একসাথে ত্বরণ, ব্রেকিং এবং কর্নারিং গতি একই সাথে উন্নত করে। F1 গাড়িগুলো 4G পর্যন্ত কেন্দ্রবিমুখী বল সহ্য করে কর্নার নিতে পারে, এর রহস্য টায়ার নয়, বরং মূলত এই অ্যারোডাইনামিক চাপ।

বৈশিষ্ট্যগ্রাউন্ড এফেক্ট (ফ্লোর)উইং
ডাউনফোর্সের উৎসফ্লোর এবং ভেনচুরি টানেলসামনের/পেছনের উইং
ড্র্যাগ জরিমানাকমতুলনামূলকভাবে বেশি
দক্ষতাঅধিক দক্ষকম দক্ষ
তুলনীয় অবদান2022-এর পরে ডাউনফোর্সের প্রায় 60%সামনের উইং মোটের প্রায় 25-30%
দুর্বল দিকমাটির কাছাকাছি থাকার প্রতি অতি সংবেদনশীল (porpoising)সামনের গাড়ির নোংরা বাতাস

F1 গাড়ি কেন লাফায়? Porpoising-এর একদম গোড়া থেকে ব্যাখ্যা

এই যে গ্রাউন্ড এফেক্টের সিনেমার খলনায়ক: porpoising, অর্থাৎ ডলফিনের মতো লাফানো। নামটি ডলফিনের পানি থেকে লাফিয়ে ওঠার মতো লাফানো থেকে নেওয়া এবং প্রক্রিয়াটি সহজ: গাড়ির ফ্লোরের সামনের প্রান্ত রাস্তার কাছে গেলে ডাউনফোর্স বাড়ে, এই বল সাসপেনশনকে চাপ দিয়ে ফ্লোরকে রাস্তা ছোঁয়ার মতো কাছে নিয়ে যায়, মাটির সংস্পর্শের কাছাকাছি এলে নিম্নচাপ হারিয়ে যায় এবং গাড়ি উঠে যায় - তারপর আবার ডাউনফোর্স তৈরি হয় এবং চক্রটি শুরু থেকে শুরু হয়। উচ্চ গতিতে এই দোলনা গাড়ির সামনের অংশকে চোখের সামনেই লাফিয়ে ফেলে। সমস্যার মূল কারণ, অ্যারোডাইনামিক লোড গাড়ির রাইড হাইটের সামান্য পরিবর্তনের প্রতি অতি সংবেদনশীল হওয়া।

2022 মৌসুমে একাধিক গাড়ি এই ঘটনার সাথে সংগ্রাম করেছিল এবং দলগুলো বিভিন্ন পথ অবলম্বন করেছিল: গাড়িকে আরও উঁচুতে এবং আরও নরম সাসপেনশন নিয়ে চালানো, দোলনা সাসপেনশন নিজেই শোষণ করে নেওয়ার উপর ছেড়ে দেওয়ার মতো। শুনতে সহজ মনে হলেও প্রতিটি সমাধানের নিজস্ব মূল্য আছে - উঁচুতে চলা গাড়ি গ্রাউন্ড এফেক্টের দক্ষতা হারায়। এজন্যই গ্রাউন্ড এফেক্ট প্রকৌশলীদের প্রিয় হতে পারে আবার দুঃস্বপ্নও।

1983 সালের নিষেধাজ্ঞা এবং 2022-তে প্রত্যাবর্তন: নিয়মগুলো গাড়ির চরিত্র কীভাবে বদলে দিল?

স্কার্ট এবং রাস্তার মাঝের সেই জাদুকরী সিলিং একই সাথে বিপদেরও উৎস ছিল: স্কার্ট একটি কার্বে আটকে গেলেই সাকশন হঠাৎ হারিয়ে যেত, গাড়ি হঠাৎ মাটি চাপার বল হারিয়ে ফেলত। FIA সমাধান কঠোরভাবে প্রয়োগ করল: 1983 সালে ফ্ল্যাট-বটম নিয়মাবলির মাধ্যমে গ্রাউন্ড এফেক্ট নিষিদ্ধ করা হল। দলগুলো আবার উইংয়ে ডাউনফোর্স খুঁজতে শুরু করল এবং গাড়ির চরিত্র বদলে গেল।

কিন্তু গল্প শেষ হয়নি। 2022 নিয়ম পরিবর্তন - প্রাথমিকভাবে 2021-এর জন্য ডিজাইন করা এবং মহামারীর কারণে এক বছর পিছিয়ে যাওয়া একটি ব্যাপক প্যাকেজ - লক্ষ্য ছিল আরও কাছাকাছি রেস এবং আরও ভালো প্রতিযোগিতা, সেই সাথে গ্রাউন্ড এফেক্টকে গাড়িতে ফিরিয়ে আনা। নতুন ফ্লোরের দুটি চ্যানেল বাতাসের প্রবাহকে পরিচালিত ও ত্বরান্বিত করে নিম্নচাপীয় অঞ্চল তৈরি করে: আধুনিক ভেনচুরি টানেল। পার্থক্য কী তাহলে, 1978 থেকে কী বদলেছে? পুরনো স্কার্টযুক্ত গাড়িগুলোতে সিলিং রাস্তার পৃষ্ঠের সাথে ভৌত সংস্পর্শের মাধ্যমে অর্জিত হতো; 2022-এর গাড়িগুলোতে টানেল প্রবাহ সম্পূর্ণভাবে বডির ভেতরে থাকে এবং সংস্পর্শ ছাড়াই কাজ করে। ফলাফল এভাবে সারসংক্ষেপ করা যায়: 2022 এবং পরবর্তীতে গাড়িগুলোর ডাউনফোর্সের প্রায় 60% উইং থেকে নয়, বরং ফ্লোর এবং ভেনচুরি টানেল থেকে আসে। এটি কয়েক দশকের সবচেয়ে বড় ডিজাইন বিপ্লব ছিল, এবং নতুন যুগের প্রথম গাড়িগুলোর মধ্যে AMR22 ছিল এমন একটি গাড়ি যা গ্রাউন্ড এফেক্টের প্রত্যাবর্তনের আনুষ্ঠানিক ঘোষণা দিয়েছিল।

কিন্তু এই প্রত্যাবর্তন কি নিখুঁত ছিল? না। 2022-2025 গ্রাউন্ড এফেক্ট যুগকে দুটি ভিন্ন দৃষ্টিতে দেখা হয়: একদিকে "সবচেয়ে ব্যাপকভাবে গবেষণাকৃত, পদ্ধতিগতভাবে রচিত রেগুলেশন সেট" এর প্রশংসা, অন্যদিকে "প্রত্যাশা পূরণ করতে পারেনি, প্রয়োজনীয় সংশোধনী বাস্তবায়নে ব্যবস্থাপনা বাধা দিয়েছে" এই সমালোচনা। এই যুগ পিস্টে Red Bull এবং পরে McLaren এর আধিপত্য দিয়ে চিহ্নিত হয়েছিল, এবং এর সমাপ্তিতে আরও তীব্র একটি বিতর্ক শুরু হলো: Venturi চ্যানেলগুলো অপসারণকে গ্রাউন্ড এফেক্ট যুগের বাস্তবিক অবসান হিসেবে ব্যাখ্যা করা হচ্ছে। 2026 এর নিয়মগুলো গাড়িগুলোকে আংশিক সমতল, কম কার্যকর একটি ফ্লোরে এবং তিন-উপাদানবিশিষ্ট রিয়ার উইংয়ে নিয়ে যাচ্ছে, এবং নিচের বিম উইং বাদ দেওয়া হচ্ছে। অবশ্যই গ্রাউন্ড এফেক্ট সম্পূর্ণ অদৃশ্য হচ্ছে না - ফ্লোরে হারানো বল ডিফিউজার এলাকার অ্যারোডাইনামিক সমাধানের মাধ্যমে পুনরুদ্ধারের ওপর কাজ চলছে।

সংক্ষেপে বললে: একটি F1 গাড়ি কীভাবে দ্রুত কর্নারে প্রবেশ করতে পারে?

উত্তর এক শব্দে নয়, তবে এক বাক্যে দেওয়া যায়: কারণ গাড়ি শুধু রাস্তায় নয়, রাস্তার ওপর চাপা পড়ে। সামনে ও পেছনে উইংগুলো বাতাস নিয়ন্ত্রণ করে, আর ফ্লোরের নিচের টানেলগুলো হাজার হাজার কেজির চাপ পার্থক্য তৈরি করে; এই বল টায়ারে স্থানান্তরিত হয়, আর টায়ার তোমার জন্য বাকি কাজটি করে দেয়। ১৯৭৭ সালে Lotus-এর উইন্ড টানেলে শুরু হওয়া ধারণা, ১৯৭৮ সালে চ্যাম্পিয়নশিপ, ১৯৮৩ সালে নিষেধাজ্ঞা, ২০২২ সালে জাঁকজমকপূর্ণ প্রত্যাবর্তন এবং ২০২৬ সালে নতুন ভারসাম্যের সন্ধান - F1-এর কারিগরি ইতিহাস আসলে সবসময় একই প্রশ্নের উত্তর খুঁজেছে: রাস্তার সঙ্গে আরও ভালোভাবে কীভাবে লেগে থাকব? পরেরবার কোনো F1 রেসে কোনো গাড়ি যখন কর্নারের মূলে কোনো ছোঁয়া ছাড়াই গড়িয়ে যাবে, তখন তুমি জানবে তার নিচে আসলে কী ঘটছে। আর আমার মতে, এটি তোমাকে একই কর্নারকে সম্পূর্ণ নতুন চোখে দেখতে সাহায্য করবে।

সূত্র