質問: 車が天井を走るとしたら...... ある記事で、f1マシンは非常に軽量で、大きなダウンフォースで車体を地面に張り付けて走っているので、一定速度を超えてからは、ダウンフォースの力が車重を上回るため、理論上は天井を走っていくことも可能であるとのことが書いてありました。 そこで思ったのですが、たとえば、出力が1000馬力で車重が1000キロの車があったとします。 その車が時速xkm/hで走っているときに1500キロのダウンフォースがかかっているとしたら、その際には、車の重さと合わせて、下向きに合計2500キロの力がかかっていることになるのだと思います。 この場合もダウンフォースが車重を大きく上回っているので、先ほどのf1マシンの例と同じで、理論上天井を走っていけることになると思います。では、実際にこの車がダウンフォースの力を借りて天井を同じ時速xkm/hで走ったとしたら、車重が下向きに1000キロかかっていても、このケースだとダウンフォースによって天井(上向き)に1500キロの力で押さえつけられる形になるので、天井に対して車からは500キロの力がかかっていることになりますよね。 1000馬力で重さ1000キロなら、パワーウエイトレシオはちょうど1ということになりますが、もしこんなシチュエーションを現実に再現するとしたら、パワーウエイトレシオは0・5ということになるのでしょうか?(速度によってダウンフォースは変わりますが、いずれにしてもこの原理によって天井には車重が掛からない分、普通に地面を同じ速度で走った場合と比べてパワーウエイトレシオが小さくなるということになりますか?) また、その状態で速度を下げていくことで、発生するダウンフォースも1500キロから、1400キロ、1300キロ、1200キロ・・・と小さくしていくと、車はどのくらいの発生量までなら天井に張り付いていられるのでしょうか。 現実にはまずあり得ない状況なので、非常にイメージしづらい上に妙な質問で申し訳ありませんが、実際のところ、数学的・物理学的に計算してみるとどうなのか気になって質問してみました。どなたか詳しい方、わかるようでしたら解答、解説をよろしくお願いいたします。 長文ですみません。
回答: ano.1の方の回答のとおりです。 パワー/ウエイト レシオは加速などの目安ですから重力ではなく 質量が問題です。質量はダウンフォースで変わるものではありません。 タイヤの駆動力やブレーキ力はタイヤと地面との摩擦にかかっています。 タイヤと地面の間に働く力に摩擦係数を掛けると駆動力やブレーキ力が 求まります。 特殊な状況を除き、摩擦係数は1以下です。 つまり、駆動力は車の重さ以上には発生しないことになります。 100000馬力のエンジンを積んでいても自重1000kgの車には1000kgを 越える駆動力は発生しません。 一方、加速度は駆動力を質量で割ったモノです。 その駆動力が自重以下だということは、加速度の上限は1ということになります。 これを打開したのがダウンフォースです。 タイヤと地面の間に働く力を自重以上にできれば、駆動力も自重以上に なるので、加速も減速も自重の縛りを越えられる、というわけです。 タイヤと地面の間に働く力は自重を重くすれば大きくなりますが、それでは 加速度は変わりません。自重(質量)で割るわけですから。 そのために重力(質量)に頼らない下向きの力が必要となり、羽が登場するのです。 (重力と質量を厳密に使い分けていない説明になっていますが、 結果に違いはありません。気になるなら重力加速度を加味して 読み直してください) 実際、スピンをして車の進行方向と車の前後が逆になる瞬間は ダウンフォースが揚力に変わり、車が浮き上がる現象があります。 少し浮くくらいではなく、完全に空中に飛び上がってしまい、 観客席に飛び込む事故も実際にありました。