Formula 1, uluslararası bir otomobil yarışı sporudur. F1 tek kişilik, açık tekerlekli ve açık kokpitli profesyonel motor yarışları yarışmasının en üst seviyesi olarak tanımlanır. Formula 1 yarışları, FIA (Fédération Internationale de l'Automobile) adı verilen bir kuruluş tarafından yönetilir ve onaylanır. Formula 1 ismindeki "Formula" kelimesi, katılan araçların ve sürücülerin uyması gereken kurallar dizisinden gelir.

Bir Formula 1 yarışmasında, önceden belirlenmiş sayıda turu tamamladıktan sonra bitiş çizgisini ilk geçen sürücü, kazanan ilan edilir. Formula 1 yarışları, Avrupa'da 1920-30'larda düzenlenen benzer araba yarışlarından doğmuştur. 1946'da FIA yarış kurallarını standartlaştırmış ve bu, Formula 1 yarışlarının temelini oluşturmuştur. İlk Formula 1 Dünya Sürücüler Şampiyonası 1950'de düzenlenmiştir. Dünya şampiyonası serisinin yanı sıra, birçok şampiyona dışı F1 yarışları da yapılmış; ancak bu yarışmaları yürütmenin maliyetlerinde yükselme yaşandığı için, bu tür yarışlar 1983'ten sonra durdurulmuştur. 

Bir dizi Formula 1 yarışı, genellikle Formula 1 Dünya Şampiyonası Sezonu olarak adlandırılan bir yıldan fazla bir süre boyunca gerçekleştirilir. Bir sezondaki her yarışa "Grand Prix" veya GP denir ve bir sezondaki tüm yarışlar "Grands Prix" olarak adlandırılır. Grand Prix terimi, "büyük ödül" anlamına gelmektedir ve bu kelime, Fransızcadan türemiştir.

Formula 1'i kısaca tanıdıysak şimdi gelin; insanlığın biyoloji, psikoloji, fizik ve mühendislik el ele verdiğinde, hızın ve ivmenin sınırlarını ne kadar zorlayabileceğine bir göz atalım.

Formula 1 Pilotları

Temel bir kural olarak, her F1 takımının sezon başına en fazla dört sürücüsü olabilir. Takımın başarısında hayati bir rol oynayan, her F1 takımının çok sayıda destek personeli vardır.

Pilotların yarışın her saniyesinde konsantrasyonlarını korumaları ve bu konsantrasyonlarını yaklaşık 2 saat boyunca sürdürmeleri gerekir. Çünkü bu yarışta konsantrasyon, yarışmanın sonucunu belirleyen en önemli hususlardan bir tanesidir. Aracın kontrol edilebilmesi için gerekli olan güçlü kollar ve el-göz koordinasyonları çeşitli egzersizlerle sağlanmaktadır. F1 pilotları, diğer alanlardaki seçkin atletler kadar sıkı antrenmanlar yapmak zorundadır. Araçları, 185 km/sa hızdan sıfıra 80 metre içinde düşebilecek kadar güçlü olduğu için, boyunlarındaki kas kuvveti kritik rol oynamaktadır. Eski bir Formula 1 pilotu olan Jacques Villeneuve, bu etkiyi boyuna bir tuğla düşürmekten farksız olarak tanımlamıştır. Bu sebeple araçlarda, boyuna uygulanan kuvveti %86'ya kadar azaltan Baş ve Boyun Destek Sistemi’nin (HANS) kullanımı zorunlu kılınmıştır.

Tüm bir sezon boyunca pilotlar, ekipler tarafından tasarlanan güçlü, kısa süreli eğitim ile psikolojik ve fizik tedavi programlarından geçer. Örneğin Toyota, Formula 1 sürücülerinden gıda intoleransı testlerini geçmelerini ve kişilik anketlerini doldurmalarını istemektedir.

Sürücülerin tansiyonu yarış sırasında neredeyse yüzde 50 oranında yükselebilir. Öte yandan sürücüler, bir yarışta üç litreye kadar sıvı kaybeder. Kalp atış hızı, başlangıç noktasında dakikada 190 atışa ulaşabilir ve yarış sırasında 200'ü aşabilir. Karşılaştırma yapmak gerekirse sağlıklı bir genç insanın nabzı, tipik olarak yaklaşık 60 atış/dakika civarındadır.

Başarının Anahtarı: Aerodinamik

Bir Formula 1 arabası açık tekerlekli, açık kokpitli, tek koltuklu bir yarış arabasıdır. İki kanat (ön ve arka) ve sürücünün arkasında bulunan bir motor ile donatılmıştır. F1 arabalarının yola neredeyse yapışmış gibi görünmelerinin bir sebebi vardır. Bir yarış arabası, 160 km/sa hızla giderken, yere (tabanına) doğru o kadar büyük bir bastırma kuvveti üretir ki, en azından teoride bir tünelin tavanında bile gidebilir. Downforce adı verilen bu kuvveti, havanın aracı yere "bastırma kuvveti" olarak tanımlayabiliriz. Aracın ağırlığından çok daha fazla olan bastırma kuvveti, aracın yola o kadar yapışmasını sağlar ki virajlarda sürücüye uygulanan kuvvet 5G’ye kadar çıkabilir. 5G, bir sürücünün nefes almasını engelleyebilir ve kafasını 25 kg kütleye sahipmiş gibi hissetmesine neden olabilir.

Aerodinamik, genel olarak bu sporda başarının anahtarıdır. F1 takımları, maksimum yere bastırma ve minimum sürüklenme kuvveti (İng: "drag force") yaratmak için her yıl yüz milyonlarca dolar harcamaktadır. Kanatlar, her yarış için özel olarak tasarlanır ve arabaların yanlarına takılan "bargeboard" adı verilen parçalar, hava akışını şekillendirmeye ve türbülansı azaltmaya yardımcı olur. 

Çoğu takımın aerodinamik departmanı, tam boyutlu rüzgâr tünellerine sahiptir. Rüzgâr tünelleri, içinde hava hareket eden, büyük tüplerdir. Tüneller, uçuş halindeki bir nesnenin eylemlerini taklit etmek ve incelemek için kullanılır. Günümüzde NASA da uçak ve uzay araçlarının ölçekli modellerini test etmek için rüzgâr tünellerini kullanıyor. 

Pilotlar, yerden sadece birkaç santimetre yukarıda, karbon fiberden yapılmış garip bir “küvette” yarı yatar pozisyonda, bu araçları 300 km/saatten daha fazla bir hızla kullanırlar. 0’dan 160 km/sa hıza, yaklaşık 3,5 saniyede çıkabilen bu araçlar, 100 km/sa hızdan 200 km/sa hıza ise daha kısa sürede çıkabilir. Bunun sebebi, az önce bahsettiğimiz, tekerleklerin yolu kavramasına yardımcı olan ve patinajı önemli ölçüde azaltan bastırma kuvvetidir.

Şasi

Bir Formula 1 aracının kalbi, her şeyin cıvatalarla bağlandığı ve sabitlendiği kısmı olan şasisidir. Çoğu modern araba ve uçak gibi, Formula 1 yarış arabaları da monokok (monocoque) yapıya sahiptir. Monokok, tüm vücudu tek bir malzemeden yapma sürecini ifade eden "tek kabuk" anlamına gelen Fransızca bir kelimedir. Bir zamanlar bu malzeme alüminyumdu, ancak günümüzde, reçine içine yerleştirilmiş eğrilmiş karbon lifleri veya alüminyum ağ üzerine katmanlı karbon liflerinden oluşan gibi güçlü kompozitler kullanılıyor. Bunun sonucu olarak, muazzam aşağı yönlü kuvvetlere dayanabilen hafif araçlar elde ediliyor.

Monokok yapı, tek bir sürücüyü barındıran güçlü, dolgulu bir hücre olan kokpiti içerir. Normal arabaların büyük farklılıklar gösterebilen kokpitlerinin aksine, Formula 1 arabalarının kokpitleri çok sıkı teknik düzenlemelere uymak zorundadır. Örneğin, minimum boyut gereksinimlerini karşılamaları ve düz bir zemine sahip olmaları gerekir. Ancak koltuk, bir sürücünün kesin ölçümlerine uyacak şekilde yapılmıştır, böylece araç pistte hareket ederken koltuğun hareketi sınırlanır.

Motor

Her araba, yarısı motorda olmak üzere yaklaşık 9000 farklı bileşenden oluşur. Gövde ve şasi, çelikten dört kat daha sert ve beş kat daha güçlü olan karbon fiberden yapılır. Sensörlerden, motor ve dişli kutusu yönetim programlarından gelen verileri entegre eden yazılım, yaklaşık 500.000 satır kod içerir.

10 silindirli bir Formula 1 aracı motorunun maksimum motor silindir hacmi 3 litredir ve aşırı doldurulamaz veya turbo beslemeli olamaz. Her bir motor yaklaşık 100 kg ağırlığındadır ancak kesin özellikleri, pistin ve buna bağlı olarak tamamlanacak turların özelliklerine göre belirlenir. Araç, en az 600 kg ağırlığında olmalı ve ikisi döndürülebilir, diğer ikisi ise çekiş sağlamak üzere dört tekerleğe sahip olmalıdır. Motorlar, dakika başına yaklaşık 18.000 devir (kısaca 18.000 rpm) ile 650kW artı güç üretir. Kıyas olması bakımından, ortalama büyüklükte sedan bir araba, 6000 rpm'de yaklaşık 150kW üretir. Bu motor devirlerinde, pistonlar üzerindeki ivmelenme kuvveti yerçekiminin yaklaşık 9000 katıdır bu sebeple olağanüstü güce ulaşmanın bir bedeli vardır.

Otomotiv mühendisliği dehası Ferdinand Porsche, bu durumu şöyle ifade ediyor:

"Mükemmel bir yarış arabası, bitiş çizgisini birinci sırada geçer ve sonra parçalara ayrılır."

Şanzıman

Motorun tüm gücünü Formula 1 aracının arka tekerleklerine aktarmak şanzımanın görevidir. Şanzıman, doğrudan motorun arkasına cıvatalanır ve sıradan bir otomobilin şanzımanında, diferansiyelinde ve tahrik milinde bulmayı umduğunuz tüm parçaları içerir. Şanzıman en az dört ileri vitese ve en fazla yedi vitese sahip olmalıdır. Altı vitesli vites kutuları birkaç yıldır popülerdi, ancak çoğu Formula 1 otomobili artık yedi vitesli üniteler kullanıyor. Ayrıca bir geri vites takılmalıdır. Vites kutusu, virajları alırken arka tekerleklerin farklı hızlarda dönmesine izin veren bir dişli takımı olan bir diferansiyele bağlıdır. Ve diferansiyel, gücü tekerleklere aktaran tahrik miline bağlıdır.

Formula 1 araçlarında vites değiştirmek, manuel şanzımanlı bir otomobilde vites değiştirmekle aynı şey değildir. Sürücüler, geleneksel bir vites yerine, direksiyon simidinin hemen arkasında bulunan kanatçıkları kullanarak vitesleri değiştirir. Vites küçültme, direksiyon simidinin bir tarafında, vites artırma ise diğer tarafında yapılır. Gelişmiş kalkış kontrolüne sahip sistemler de dâhil olmak üzere tam otomatik şanzıman sistemleri Formula 1 arabalarında mümkün olsa da, bunlar artık yasa dışıdır. Bu, güç aktarma sisteminin genel maliyetini düşürmeye yardımcı olur ve sürücülerin bir yarışta avantaj elde etmek için vites değiştirme becerilerini kullanmalarını sağlar.

Yakıt

Araçların yakıt pompaları araca mutfağınızdaki musluktan akan sudan daha hızlı bir şekilde yakıt sağlar. Ekipler, eskiden araçlarda yakıt olarak roket yakıtı bileşenlerini kullanabiliyorlardı; fakat şu anda 95 ila 102 oktan seviyelerine sahip, arındırıcı maddeler veya katkı maddeleri olmadan, premium kurşunsuz gibi yakıtlar kullanıyorlar.

Yakıt yönetmelikleri çok sıkı olan bu sporda, yönetim organı FIA tarafından, izin verilen yakıt tipinin kullanıldığından emin olmak için rastgele numuneler alınır. Parmak izi testine benzer bir süreçte, farklı büyüklükteki hidrokarbon moleküllerini tanımlamak için numuneleri bir gaz kromatografı ile analiz edilir.

Fren Sistemi

Formula 1 arabalarında bulunan disk frenlerin tüm parçalarını tanımanız muhtemeldir. Elbette en büyük fark, Formula 1 araçlarında kullanılan frenlerin saatte 300 km/saatten daha yüksek hızlarda hareket eden bir aracı durdurması gerektiğidir. Bu, kullanıldıklarında frenlerin akkor haline gelmesine neden olur. Aşınma ve yıpranmayı azaltmak ve fren performansını artırmak için günümüzde karbon fiber diskler ve balatalar kullanılıyor. Bu fren sistemleri, hafif olmalarına rağmen 750°C'ye kadar olan sıcaklıklarda son derece etkilidir. Fren diskinin kenarlarındaki delikler, ısının hızla dışarı çıkmasını sağlar. Otomobillerde ayrıca, frenleri soğutmak için tekerlek göbeğinin dışına takılan hava girişleri bulunur. Hava girişleri, her paletin farklı frenleme gereksinimleri için değiştirilir.

Tüm bu olağanüstü teknolojilere rağmen, frenleme, hâlâ sürücünün becerisinin en büyük testlerinden biri olarak görülmektedir. McLaren, fren mesafesini kısaltan yeni bir fren sistemi (ilerici elektro-hidrolik güç frenleri) geliştirmiş ancak bu sistem yasaklanmıştır. Ardından, yine McLaren, bu müthiş gücü daha iyi idare etmek için benzersiz bir arka diferansiyel icat etmiş fakat o da yasaklanmıştır. 15 yıllık kariyerinin yarısını, artık yasa dışı olan donanımları geliştirmek için harcayan bir mühendis olduğunuzu hayal edin.

Lastikler

Formula 1 yarış arabalarının lastikleri, tüm aracın en önemli parçası olabilir. Bu söylem, pist yüzeyine dokunan tek şeyin lastikler olduğunu fark edene kadar abartı gibi görünebilir. Fakat tüm ana sistemler, motor, süspansiyon ve frenleme, işlerini lastikler aracılığıyla yapar. Lastikler iyi performans göstermezse, diğer sistemlerde gösterilen teknik üstünlüğe bakılmaksızın araç da iyi performans gösteremez.

Bir Formula 1 aracının her parçası gibi, lastikler de yüksek düzeyde düzenlemelere tabidir. Sırt deseni olmayan ve yüksek temas alanına sahip kaygan lastikler 1960'larda tanıtıldı ve 1998'e kadar kullanıldı. Ardından FIA, viraj hızlarını azaltmak ve sporu daha rekabetçi hale getirmek için kuralları değiştirdi. Günümüzün Formula 1 arabalarında, ön lastikler 30 ila 38 cm genişliğinde ve arka lastikler 35,5 ila 38 cm genişliğinde olmalıdır. Dört oluk uzunlamasına, lastik çevresi boyunca uzanmalıdır. Oluklar en az 2,5 milimetre derinlikte ve 50 mm aralıklı olmalıdır.

Yağmurlu koşullarda, arabalar, suyu yol yüzeyinden uzaklaştırmak için tasarlanmış tam diş desenlerine sahip " intermediate" ve "wet" olarak adlandırılan lastiklere sahip olabilir.

Formula 1 lastikleri, ısındıkça yola yapışan ve muazzam kavrama gücü sağlayan çok yumuşak kauçuk bileşiklerden yapılmıştır. Aslında, yarış lastikleri en iyi performansı yüksek sıcaklıklarda gösterir, bu nedenle yarışa hazır olmadan önce ısıtılmaları gerekir. Buradaki takas ise, dayanıklılığın azalmasıdır. Bir Formula 1 lastiği, en fazla yaklaşık 200 km yol katedecek şekilde tasarlanır.

Çekiş kontrolü, özellikle viraj alma nedeniyle oluşan yükler altında patinajı sınırlayarak lastiklerin ömrünü uzatabilir. Çekiş kontrol sistemleri, tekerleğin hızını, üzerinden geçtiği yolun hızıyla karşılaştırmak için elektronik sensörler kullanır. Tekerlek yol yüzeyinden daha hızlı hareket ediyorsa, tekerleklerin patinaj yapmaya tehlikeli bir şekilde yakın olduğuna dair bir gösterge, motor otomatik olarak geri kısılır. Modern Formula 1 tarihi boyunca çeşitli zamanlarda çekiş kontrolüne izin verildi ve yasaklandı. 

Direksiyon

Bir Formula 1 aracının direksiyonu, sıradan bir otomobilin direksiyonuyla çok az benzerlik gösterir. Arabanın komuta merkezi olarak, baş döndürücü bir dizi düğme, geçiş ve anahtar barındırır. Yarış sırasında sürücü, otomobilin performans vites değişimlerini, yakıt karışımını, fren dengesini ve daha fazlasını sadece bir dokunuşla kontrol edebilir. Ve şaşırtıcı bir şekilde, tüm bu kontrol, normal bir arabanın direksiyonunun yaklaşık yarısı kadar olan bir direksiyon simidi üzerinde gerçekleşir.

Sonuç

Formula 1 yarışlarının tamamen para kaybı olduğunu düşünenleriniz elbette vardır. Fakat bu noktada söylememiz gerekiyor ki; geliştirilen muhteşem teknolojiler, manyetik filtreler, ev ısıtma sistemleri, pas giderimi ve kaydırmaz ayakkabılar gibi bazı yararlı yan ürünlerle sonuçlandı. Bir F1 arabasındaki 200'den fazla sensör ile saniyede 150.000 ölçümü izleyen telemetri sistemleri, araştırmacıların klinik deneylerde yer alan deneklerdeki çeşitli vücut işlevlerini izlemelerine yardımcı olan telemetri sistemlerine uyarlandı.

Tüm bunlardan yola çıkarak, günümüz F1 arabalarının tasarımında mühendisliğin sanata çok yakın olduğunu söyleyebiliriz. Bazen Formula 1, bilimsel ilerleme için bir formüldür. Keşke gürültü hakkında da bir şeyler yapabilselerdi… :)