Tecnica – Il momento di inerzia polare
Commentando i passaggi della finale del Campionato Italiano Drifting 2019 spiegavo come una macchina con il passo più corto sia più “nervosa” da condurre grazie anche ad una minore inerzia polare perché naturalmente più corta. Il simpatico sipario che ne è nato assieme all’amico Franco Jannone mi ha dato l’ispirazione per scrivere questo articolo.
Senza l’intenzione di scrivere un testo di Fisica cercherò di spiegarvi cosa sia il momento di inerzia polare (*). Se vi interessa approfondire gli aspetti matematici scorrete la bibliografia in calce all’articolo, chiedo anche pazienza a quelli di voi che questi argomenti li hanno studiati sui banchi dell’università, ma non stiamo preparando un esame.
Le basi
Va precisato che più del momento di inerzia è la lunghezza del passo ad influire sulla maneggevolezza di un’auto, soprattutto da corsa, ma facciamo un passo indietro e ripassiamo assieme cosa sono l’inerzia ed il momento.
L’inerzia è la tendenza di un corpo a rimanere nello stato di quiete o di moto in cui si trova.
Definizione di inerzia e Prima legge di Newton.
Crash test di un camion 
Crash test di una microcar
Le due immagini sopra spiegano molto bene il concetto di inerzia, più un corpo è pesante più è difficile da fermare, serve cioè una forza maggiore. Il camion ha una massa molto maggiore e quindi sarà più difficile da fermare rispetto ad una microcar.
Il momento di una forza è il prodotto vettoriale della forza stessa e la lunghezza del braccio con cui viene applicata.
Definizione di momento
Il volante è forse l’esempio più familiare a tutti noi per descrivere il momento di una forza. Le vecchie auto avevano dei volanti con un diametro maggiore rispetto alle auto moderne, questo per amplificare la forza delle nostre braccia per sterzare le ruote.
Il momento angolare è il corrispondente rotazionale della quantità di moto.
Definizione di momento angolare
Per capire cos’è il momento angolare pensate ai pattinatori su ghiaccio che stringono al corpo le braccia per ruotare più velocemente. Con le braccia estese le mani della pattinatrice si muovono ad una certa velocità su un cerchio grande, stringendo a sé le braccia le mani si muoveranno alle stessa velocità, ma su un cerchio molto più piccolo e quindi con una velocità di rotazione maggiore.
Il centro di massa quel punto tale per cui il sistema si comporta come se la sua massa fosse tutta concentrata in tale punto.
Definizione di centro di massa
Cos’è il momento di inerzia polare
A questo punto possiamo mettere assieme i pezzi e per spiegare il momento di inerzia polare (*) che è il momento di inerzia di un oggetto che ruota attorno ad un asse. Per un’auto da drift, con il motore posizionato anteriormente ed il resto del telaio alleggerito (**), il centro di massa (*) sarà un po’ spostato verso l’anteriore.
In conclusione
Un’auto da drift che sbanda ruota attorno ad un asse spostato spostato rispetto al centro di massa, ma il teorema Huygens-Steiner (*) dimostra che si può calcolare il momento anche in questo caso (***)
Tanto più gli estremi del telaio saranno lontani dal centro di massa tanto più sarà difficile far girare la macchina, nel nostro caso farla sbandare.
Un’auto più lunga allontana di più il peso dal centro del corpo vettura e serve più energia per farla ruotare, questo rende più lento l’inizio della sbandata e simmetricamente rende più difficile farla finire. Dovrebbe esservi abbastanza chiaro, perché un’auto corta, come la RX7 FC di Fuschini, sia più reattiva e quindi più nervosa rispetto ad una “classica” BMW M3 come quella di Gerolimon. (***)
Drift Long & Faster
- (*) Leggere con accento fantozziano 😛
- (**) Non è del tutto vero ci sono e ci sono stati casi di auto motore posteriore o posteriore centrale.
- (***) Il teorema di Huygens-Steiner, o teorema degli assi paralleli, permette di calcolare il momento di inerzia di un solido rispetto ad un asse parallelo a quello passante per il centro di massa.
- (****) La Mazda RX7 FC ha un passo di 2.431 mm ed è lunga di 4.315 mm. La BMW M3 E36 ha un passo di 2.700 mm ed è lunga 4.430 mm, con una differenza del passo di oltre il 10%
- https://www.youmath.it/domande-a-risposte/view/4097-inerzia.html
- https://www.youmath.it/lezioni/fisica/dinamica/3063-principi-della-dinamica-leggi-di-newton.html
- https://www.youmath.it/lezioni/fisica/dinamica/3018-momento-angolare.html
- https://www.youmath.it/lezioni/fisica/dinamica/3006-momento-di-una-forza-o-momento-torcente.html
- https://it.openprof.com/wb/momento_della_forza?ch=564
- http://www.unife.it/interfacolta/design/insegnamenti/materiali-per-prodotto-industriale/Geometria%20delle%20aree%201.pdf
- http://meccanicadelveicolo.com/2019/03/11/baricentro-di-un-veicolo-cose-e-come-si-trova/
- http://www.edutecnica.it/meccanica/inerzia/inerzia.htm
- https://it.wikipedia.org/wiki/Teorema_di_Huygens-Steiner
- https://it.wikipedia.org/wiki/Momento_di_inerzia