NASCAR er muligvis den hurtigste måde at lære om fysik på

Der er bare noget spændende ved at rejse med høje hastigheder. Gennem historien har folk altid presset sig selv til at gå hurtigere, om det er til fods, på hesteryg, på en båd eller på en cykel.

Næsten hver weekend, nutidens fartelskere kan leve stedfortrædende ved at se deres yndlings NASCAR-kørere køre rundt på banen med dødsbekæmpende hastigheder.

Måske er det spændingen i mængden eller måske er det den konstante trussel om fare, der trækker folk til sporten. Eller måske er det videnskabens og teknikens bedrifter, der trækker nogle tilskuere ind. Som fysiker, Jeg elsker at se alle fysikprincipperne udstillet under et NASCAR -løb.

Hastighed

NASCAR -chauffører kører med ekstremt høje hastigheder, over 200 miles i timen. De accelererer så hurtigt, at det kun tager dem omkring 3 til 3,5 sekunder at gå fra nul til 60 mph. Under denne acceleration, bilen skal udøve et gennemsnit på 2, 600 lbs vandret kraft hvert sekund mod sporet. Dette kan sammenlignes med bidkraften fra en stor amerikansk krokodille eller hvad der skal til for at løfte en fuldvoksen bøffel.

Ifølge Einsteins teori om særlig relativitet, jo hurtigere du bevæger dig gennem rummet, jo langsommere din gang. Så det er rimeligt at sige, at hastighedsdæmon NASCAR -chauffører ældes en meget lille smule mindre end os andre. I slutningen af ​​et 3,5 timers løb, chaufførerne har i alderen cirka 0,5 nanosekunder mindre end tilskuerne, der holdt sig stille. Hvis en chauffør kørte nonstop ved 200 mph i de næste 50 år, han ville blive 70 mikrosekunder mindre end os andre.

Mens NASCAR -chauffører bevæger sig med utrolig hurtige hastigheder i forhold til folkemængderne på tribunerne, deres hastigheder er små i forhold til, hvad Einstein havde i tankerne - som hvor hurtigt lys kan rejse, 670 millioner mph. Relativitetseffekten på banen er lille, men den findes.

Sporet

Så hvordan er chauffører i stand til at opnå disse hastigheder?

Når en bil går ind i en sving, den ønsker naturligvis at fortsætte i den retning, den oprindeligt gik. For at ændre retning for at følge kurven for det ovale spor, en kraft skal anvendes.

Den nødvendige kraft kommer fra friktionen mellem dækkene og banen. Friktion er forbindelsen mellem de to, der forhindrer dem i at glide mod hinanden.

Så for chauffører er det en balancegang - de vil holde pedalen til metal, men de kan ikke gå så hurtigt på en kurve, at deres hastighed overstyrer friktionens manøvreringsevne. Gå for hurtigt, og friktionen er muligvis ikke nok til at forhindre bilen i at fortsætte i sin oprindelige retning og glide lige ind i væggen. Sænk farten for meget, og du falder bag konkurrencen.

Måden, hvorpå banen er designet, kan hjælpe her. Turnerne bankes, hvilket betyder, at de er højere på ydersiden af ​​sporet og lavere mod midten. En del af vejkraften, der skubber op på bilen - hvad fysikere kalder normalkraften - hjælper dækkets friktionskraft og hjælper bilen med at komme rundt i svinget.

Banking i svingene på nogle af de hurtigste racerbaner kan sammenlignes med stejlheden på en legepladsrutsjebane. Banking på Richmond International Raceway giver biler mulighed for at køre cirka 1,3 gange hurtigere, end de kunne uden bank. Større kurver og højere bankvirksomhed, som dem, der ses på Daytona og Talladega, tillade chaufførerne at opretholde en højere hastighed, når de runder disse hjørner.

Strøm

Strøm er et mål for energi, der omdannes fra en form til en anden på en bestemt tid. På lager bilrace, denne omdannelse er fra den kemiske energi, der er lagret i benzin, til den kinetiske bevægelsesenergi.

En NASCAR -motor producerer omkring 750 hestekræfter (560 kW), som overstiger en lignende model gadebil, der topper omkring 300 hestekræfter. Under et løb, effektkonvertering af en NASCAR -motorer er omkring 500 gange strømforbruget i den typiske amerikanske husstand i samme periode.

Bilernes kraft kommer fra at brænde gas, når motoren roterer. Rotationen af ​​en NASCAR -motor er 3,5 gange hurtigere end en almindelig gadebil og meget mere effektiv, gør det muligt at forbrænde hurtigere og producere mere strøm.

Kollisioner

Med lagerbilenes høje hastighed og kraft følger risikoen for farlige kollisioner. Nogle af de hårdeste nedbrud i NASCAR registrerer omkring 80 G'er - det vil sige, 80 gange tyngdekraftens acceleration, der holder dig til planeten. For perspektiv, forlystelsespark rides top ud omkring 6 G's.

Sikkerhedselementer forsøger at forlænge tiden, afstand og område, over hvilken enhver kollision finder sted, i et forsøg på at sænke disse høje kræfter. Princippet ligner, at måden gradvist at stoppe på er mindre skurrende end at smække på bremserne eller den måde, en neglebed spreder din krops vægt over et stort område mod at ligge på et enkelt søm.

SIKKERE barrierer langs racerbanens ydervæg er skabt til at smuldre og sprede styrtens styrt over et stort område. Forenden af ​​selve bilen er også lavet til at krumme, hvilket forlænger påvirkningstidspunktet.

Kulfiber sæder i bilen absorberer mere slagkraft i forhold til aluminium sæder. De stabiliserer føreren ved at vikle rundt om ribben og skuldre, og spred slagkraften over et større område.

En 5-punkts sele forbinder føreren med bilen, spreder igen slagområdet. Det fastgør også føreren til bilen, så han eller hun bremser med den krøllede bil frem for at fortsætte fremad i fuld hastighed indtil stød.

Så næste gang du går til nummeret eller stiller ind på tv, overvej nogle af NASCAR's fysik, samt bidrag fra forskere og ingeniører, der arbejder bag kulisserne for at forbedre hastigheden, sportens magt og sikkerhed.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.