Gdyby zapytać motorsportowego środowiska, co jest najważniejszym elementem bolidu wyścigowego, to prawdopodobnie wśród najczęściej wymienianych odpowiedzi w czołówce byłyby opony. Nie da się odmówić takiemu rozumowaniu rozsądku - można mieć silniki świata, cudowną aerodynamikę, wspaniałe fabryki czy najlepszych mechaników, ale gdy opony nie działają, to mistrzowski bolid nic nie da.
Słowo o historii
Najbardziej podstawowo podzielić rodzaje opon można chyba na bieżnikowane oraz slicki. To z tych pierwszych początkowo korzystały zespoły F1. Sytuacja zmieniła się jednak podczas GP Hiszpanii w 1971, gdy Firestone zaopatrzyło swoich klientów innowacyjne gładkie ogumienie. Od tamtego czasu takie opony stały się standardem, przynajmniej aż do 1998.
Wówczas to FIA, wciąż bardzo ostrożna we względzie szybkości bolidów po wypadkach Ratzenbergera i Senny, w celu ograniczenia osiągów nakazała używanie opon bieżnikowanych.
Początkowo wprowadzone zostały 4 rowki na tylnych oponach i 3 na przednich, by rok później wyrównać ich liczbę do 4 zarówno na przodzie, jak i na tyle.
Zakaz obowiązywał aż do końca 2008 roku, a zmiany w przepisach, osłabiające znaczenie aerodynamiki, zostały nieco zrównoważone poprzez przywrócenie slicków, co miało zwiększyć znaczenie przyczepności mechanicznej i - jako rezultat - umożliwić więcej manewrów wyprzedzania.
Rok 2010 był ostatnim rokiem firmy Bridgestone, która wypadła z F1 po 22 latach. Pałeczkę przejęła włoska firma z Mediolanu - Pirelli.
Początkowo włoskie opony charakteryzowały się bardzo krótkim życiem, nawet jak na F1. Nierzadkim widokiem były 3 pit-stopy w jednym wyścigu. Tendencja ta jednak powoli malała i do czasów pierwszej większej zmiany w przepisach (2016 - wprowadzenie 3 mieszanek na rundę) zanikła.
Pojawił się za to obowiązek wyboru 13 setów opon o 3 różnych stopniach twardości, gdzie 10 z nich wybiera się dowolnie, podczas gdy 2 komplety narzucane są przez Pirelli z przeznaczeniem na wyścig, a 13. jest zestaw najbardziej miękkiej mieszanki, przeznaczony dla kierowców, którzy zakwalifikowali się do Q3.
W 2019 Pirelli uprościło nazewnictwo ogumienia - ze słowników zniknęły nazwy takie jak "hipermiękkie" czy "supertwarde". Zamiast wyróżniać rodzaje mieszanek absolutnie, opony porównywane są między sobą, a fanom zostały przedstawione nazwy takie jak miękka, pośrednia oraz twarda.
Od sezonu 2020 - by w trakcie pandemii Pirelli miało łatwiejszą robotę - dobór opon w całości zależy od producenta. Aktualnie dostępne jest 7 różnych mieszanek - 5 rodzajów slicków (od C1 - najtwardszej, co C5 - najbardziej miękkiej), a także opony przejściowe i mokre.
Na weekend wyścigowy Pirelli przywozi 3 mieszanki suche, które dobierane są w zależności od specyfiki toru, plus oczywiście komplety na wypadek niesprzyjającej (na pewno nie według kibiców) aury - są to wyjątkowe rodzaje opon bieżnikowanych.
Charakterystyczną własnością deszczówek jest bardzo miękka mieszanka, nawet bardziej miękka niż w miękkich oponach. Używana jest ona, by umozliwić dogrzanie ogumienia, jako że podczas deszczu temperatura znacząco spada, a wolniejsze czasy okrążeń mniej energetyzują oponę.
Przejściówki, czyli intermediate'y, oznaczone zielonym paskiem, odprowadzają aż 30 litrów wody na sekundę przy 300 km/h.
Prawdziwymi czempionami są jednak opony na nawierzchnię mokrą - wety. Przy jeździe z prędkością 300 km/h potrafią odprowadzić aż 85 litrów wody na sekundę. Średnica opon na nawierzchnię mokrą została dodatkowo powiększona, o 5 mm dla przejściówek i o 10 mm dla opon mokrych, by podłoga bolidu nie zahaczała o wodę stojącą na torze.
W sezonie 2017, by wytrzymać nowe wyzwania, prezentowane przez szybsze bolidy, a także zapewnić lepsze czasy okrążeń, opony znacząco się poszerzyły.
Szersze to lepsze?
Odpowiedź jest krótka: tak. Ale dlaczego? Najczęściej powtarza się, że tarcie nie zależy od powierzchni kontaktu. Teoria taka zakłada jednak, że atomy w trących o siebie powierzchniach dotykają się nawzajem tylko niewielkim ułamkiem z całej powierzchni.
Gdy powierzchnie zostaną do siebie dociśnięte, to atomy ścisną się, przez co więcej z nich dotknie się nawzajem, zwiększając poziom tarcia wprost proporcjonalne do przyłożonej siły.
W większości przypadków takie założenie sprawdza się i jest wystarczające w życiu codziennym, lecz gdy jedna powierzchnia jest miękka w stosunku do drugiej, prawo to przestaje się sprawdzać niemal całkowicie.
Dokładnie taka sytuacja występuje w wyścigach przypadku kontaktu ogumienia z asfaltem - guma jest wystarczająco elastyczna, by wcisnąć się w mikroskopijne zagłębienia w torze, a zjawisko takie nazywa się z ang. indentation, co na polski przetłumaczyć można jako zagłębianie.
Jedyną częścią bolidu, jaka dotyka toru, jest wąska część opony nazywana powierzchnią styku (ang. contact patch). Powierzchnia ta jest wysoce zależna od wielu czynników, takich jak temperatura gumy, ciśnienie wewnątrz opony czy poziom deformacji ścianek bocznych. Tylko ona przekazuje siły z silnika czy hamulców na asfalt.
Ze względu na bardzo wysokie, elastyczne ścianki opon (jeszcze) używanych przez F1, można założyć, że od 2017 roku contact patch delikatnie się powiększył, przez co bolidy lepiej przyspieszają i hamują.
Oczywiście tutaj należy wstawić ogromne zależy, gdyż wpływ na to ma grubość i miękkość ścianek opony, temperatura asfaltu, gumy, ciśnienie wewnątrz opony, a nawet atmosferyczne.
Równie ważną cechą szerszych opon jest większa powierzchnia całkowita, przez co szybciej oddawane jest ciepło. W takiej sytuacji kierowcy mogą bardziej cisnąć bez obawy o przegrzanie ogumienia, co przekłada się na wyższą średnią prędkość.
Cel: wyrobić zakręt
Gdy bolid pokonuje zakręt, opona skierowana jest pod nieco innym kątem, niż samochód się przesuwa. Guma w oponie zapiera się o nierówności w torze, powodując powstanie siły dośrodkowej, dzięki czemu bolid może zmienić kierunek. Różnica w kącie pomiędzy kierunkiem skierowania opon a rzeczywistym przesuwaniem się bolidu nazywana jest slip angle.
W toczącej się oponie cząsteczki gumy dotykające asfaltu nie przesuwają się względem toru. Gdy jednak zostanie dodany ruch posuwisty względem drogi, cząsteczki zostają dosłownie odciągnięte na bok, podążając mniej więcej trójkątną ścieżką.
Początkowo siła dośrodkowa rośnie wraz z rosnącym slip angle - cząsteczki stawiają większy opór dla większego odkształcenia. Jest to prawdą jednak tylko do pewnej granicznej wartości, gdyż im większy slip angle, tym mniejsza część powierzchni styku rzeczywiście się toczy. Opona musi pokonać jeden obrót jako całość, lecz guma na zewnętrzej ma większą drogę do pokonania.
W takiej sytuacji zewnętrzne warstwy muszą się ślizgać wzgledem asfaltu, aby wyrobić się z obrotem. Różnica ta jest tym większa, im ciaśniejszy jest promień skrętu - a gdy mniej gumy ciągnie bolid w bok, siła dośrodkowa zaczyna spadać.
Kąt, dla którego cała opona zaczyna się ślizgać, czasem określany jest jako slide angle. Sytuacja taka nie oznacza, że bolid przestanie skręcać - po prostu promień skrętu znacznie się powiększy.
Szersza opona ze względu na większą powierzchnię styku zapewnia większą wartość siły dośrodkowej dla tego samego slip angle od opony wąskiej. Jednocześnie optymalna wartość tego kąta jest niższa.
Dla bolidów F1 optymalne wartości slip angle oscylują prawdopodobnie około 5°, choć trudno jest stwierdzić to z całą pewnością - wartość zależna jest od czynników takich jak chwilowy nacisk na oponę, ciśnienie, wartość camberu opony, rodzaju nawierzchni, sposobu przygotowania zawieszenia i wielu, wielu innych.
Ze względu na nierówne rozłożenie docisku podczas jazdy slip angle jest indywidualny dla każdej z czterech opon. Często natomiast podaje się stosunek osi przedniej do tylnej - gdy wynosi on 1:1, to obie osie skręcają w jednakowym tempie. Stosunek mniejszy niż 1:1 skutkuje podsterownością (tył lepiej się trzyma drogi), z kolei większy niż 1:1 tworzy nadsterowność.
Podczas skręcania guma wygina się, a tarcie między przesuwającymi się cząsteczkami w oponie generuje ciepło. Gwałtowne skręty generują więcej ciepła, jako że guma wygina się bardziej - dlatego też kierowcy podczas jazdy za samochodem bezpieczeństwa czy na okrążeniu rozgrzewkowym wykonują gwałtowne ruchy kierownicą.
Tę właściwość do perfekcji doprowadził Fernando Alonso w swoich mistrzowskich latach, wykorzystując interesującą technikę jazdy.
Hiszpan, wchodząc w zakręt, bardzo gwałtownie skręcał kierownicę, co generowało ogromne ilości ciepła w przednich oponach. To pozwalało im na szybkie dogrzanie, a wówczas bolid łapał niesamowitą przyczepność w drugiej części zakrętu, pozwalając na szybsze wyjście.
R25 był bardzo dobrym bolidem w strefach trakcji, dlatego styl ten pozwolił wykorzystać potencjał auta do absolutnego maksimum, a czas, jaki Fernando stracił początkowo, udawało mu się odzyskać podczas przyspieszania.
Świetnie technikę tę wytłumaczył Scott Mansell z kanału Driver61.
W tym miejscu kończy się pierwsza część artykułu. Część druga, opisująca ustawienia zawieszenia, konstrukcję opony bolidu F1 oraz proces produkcji takiej opony, ukaże się w ciągu najbliższych dni.
Zobacz także:
Opony w F1, część 2
Opony w F1, część 3