Il y a juste quelque chose de passionnant à voyager à grande vitesse. Tout au long de l’histoire, les gens se sont toujours poussés à aller plus vite, que ce soit à pied, à cheval, sur un bateau ou à vélo.
presque tous les week-ends, les amateurs de vitesse d’aujourd’hui peuvent vivre par procuration en regardant leurs pilotes NASCAR préférés courir sur la piste à des vitesses défiant la mort.
peut-être que c’est l’excitation dans la foule ou peut-être que c’est la menace constante du danger qui attire les gens vers le sport., Ou peut-être que ce sont les exploits de la science et de l’ingénierie qui attirent certains spectateurs. En tant que physicien, j’adore voir tous les principes de la physique exposés lors d’une course de NASCAR.
vitesse
les pilotes NASCAR voyagent à des vitesses extrêmement élevées, plus de 200 miles à l’heure. Ils accélèrent si rapidement qu’il ne leur faut que 3 à 3,5 secondes pour passer de zéro à 60 mph. Au cours de cette accélération, la voiture doit exercer une force horizontale moyenne de 2 600 lb contre la piste. C’est comparable à la force de morsure d’un grand crocodile américain ou à ce qu’il faudrait pour soulever un buffle adulte.,
selon la théorie de la relativité restreinte D’Einstein, plus vous vous déplacez rapidement dans l’espace, plus votre passage du temps est lent. Il est donc juste de dire que les pilotes speed demon NASCAR vieillissent un tout petit peu moins que le reste d’entre nous. Au terme d’une course de 3,5 heures, les pilotes ont vieilli environ 0,5 nanoseconde de moins que les spectateurs restés immobiles. Si un pilote courait sans arrêt à 200 mph pendant les 50 prochaines années, il vieillirait 70 microsecondes de moins que le reste d’entre nous.,
alors que les pilotes NASCAR se déplacent à des vitesses incroyablement rapides par rapport à la foule dans les stands, leurs vitesses sont faibles par rapport à ce Qu’Einstein avait en tête – comme la vitesse à laquelle la lumière peut voyager, 670 millions de mph. L’effet de la relativité sur la piste est faible, mais il existe.
la piste
alors, comment les pilotes peuvent-ils obtenir ces vitesses?
comme une voiture entre dans un virage, elle veut naturellement continuer dans la direction où elle allait à l’origine. Pour changer de direction pour suivre la courbe de la piste de forme ovale, une force doit être appliquée.,
La force nécessaire provient du frottement entre les pneus et la piste. Le frottement est la connexion entre les deux qui les empêche de glisser l’un contre l’autre.
donc, pour les pilotes, c’est un jeu d’équilibriste – ils veulent garder la pédale sur le métal, mais ils ne peuvent pas aller si vite dans une courbe que leur vitesse surpasse la capacité de manœuvre fournie par le frottement. Allez trop vite et le frottement peut ne pas être suffisant pour empêcher la voiture de continuer dans sa direction d’origine et de glisser directement dans le mur. Ralentissez trop et vous prenez du retard sur la concurrence.,
la façon dont la piste est conçue peut aider ici. Les virages sont inclinés, ce qui signifie qu’ils sont plus hauts à l’extérieur de la piste et plus bas vers le centre. Une partie de la force de la route poussant sur la voiture – ce que les physiciens appellent la force normale – aide la force de frottement des pneus et aide la voiture à faire le tour.,
Les virages sur certaines des pistes de course les plus rapides sont comparables à la pente d’un toboggan de terrain de jeu. Les opérations bancaires à Richmond International Raceway permettent aux voitures d’aller environ 1,3 fois plus vite qu’elles ne le pourraient sans les opérations bancaires. Des courbes plus grandes et des banques plus élevées, comme celles observées à Daytona et Talladega, permettent aux conducteurs de maintenir une vitesse plus élevée lorsqu’ils arrondissent ces virages.
Alimentation
la Puissance est une mesure de l’énergie convertie d’une forme à une autre dans un laps de temps., Dans les courses de stock car, cette conversion de l’énergie chimique contenue dans l’essence de l’énergie cinétique du mouvement.
un moteur NASCAR produit environ 750 chevaux (560 kW), ce qui dépasse un modèle de voiture de rue similaire qui dépasse environ 300 chevaux. Pendant une course, la conversion de puissance d’un moteur NASCAR est environ 500 fois la consommation d’énergie du ménage américain typique pendant la même période.
la puissance des voitures provient de la combustion du gaz lorsque le moteur tourne. La rotation d’un moteur NASCAR est de 3.,5 fois plus rapide qu’une voiture de rue et beaucoup plus efficace, permettant de brûler plus rapidement et de produire plus de puissance.
Collisions
avec la grande vitesse et la puissance des voitures de stock viennent les risques de collisions dangereuses. Certains des accidents les plus difficiles de NASCAR enregistrent environ 80 G, soit 80 fois l’accélération de la gravité qui vous maintient sur la planète. Pour la perspective, les manèges de Parc d’attractions se terminent autour de 6 G.
les éléments de sécurité tentent de prolonger le temps, la distance et la zone sur laquelle toute collision a lieu dans le but de réduire ces forces élevées., Le principe est similaire à la façon dont s’arrêter progressivement est moins discordant que de claquer sur les freins ou la façon dont un lit de clous répartit le poids de votre corps sur une grande surface par rapport à couché sur un seul ongle.
des barrières plus sûres le long du mur extérieur de la piste de course sont faites pour se froisser et dissiper la force d’un accident sur une grande surface. L’extrémité avant de la voiture elle-même est également froissée, ce qui prolonge le temps d’impact.
Les sièges en fibre de carbone de la voiture absorbent plus d’énergie d’impact que les sièges en aluminium. Ils stabilisent le conducteur en s’enroulant autour de la cage thoracique et des épaules, et répartissent la force d’impact sur une plus grande surface.
un harnais à 5 points relie le conducteur à la voiture, écartant à nouveau la zone d’impact. Il attache également le conducteur à la voiture, de sorte qu’il ralentit avec la voiture froissée plutôt que de continuer à avancer à pleine vitesse jusqu’à l’impact.,
alors, la prochaine fois que vous vous dirigerez vers la piste ou syntoniserez à la télévision, réfléchissez à la physique de la NASCAR, ainsi qu’aux contributions des scientifiques et des ingénieurs travaillant dans les coulisses pour améliorer la vitesse, la puissance et la sécurité du sport.
Cet article a été mis à jour pour corriger la force sur la piste lors de l’accélération d’une voiture.