C’è solo qualcosa di eccitante nel viaggiare ad alta velocità. Nel corso della storia le persone si sono sempre spinte ad andare più veloci, a piedi, a cavallo, in barca o in bicicletta.
Quasi ogni fine settimana, gli amanti della velocità di oggi possono vivere indirettamente guardando i loro piloti NASCAR preferiti correre in pista a velocità che sfidano la morte.
Forse è l’eccitazione tra la folla o forse è la costante minaccia di pericolo che attira le persone allo sport., O forse sono le imprese della scienza e dell’ingegneria che attirano alcuni spettatori. Come fisico, mi piace vedere tutti i principi di fisica in mostra durante una gara NASCAR.
Velocità
I piloti NASCAR viaggiano a velocità estremamente elevate, oltre 200 miglia all’ora. Accelerano così rapidamente che ci vogliono solo circa 3 a 3,5 secondi per andare da zero a 60 mph. Durante questa accelerazione, l’auto deve esercitare una media di 2.600 libbre di forza orizzontale contro la pista. Questo è paragonabile alla forza del morso di un grande coccodrillo americano o a quello che ci vorrebbe per sollevare un bufalo adulto.,
Secondo la teoria della relatività speciale di Einstein, più velocemente ti muovi nello spazio, più lento è il tuo passare del tempo. Quindi è giusto dire che i piloti di speed demon NASCAR invecchiano un po ‘ meno del resto di noi. Alla fine di una gara di 3,5 ore, i piloti hanno invecchiato circa 0,5 nanosecondi in meno rispetto agli spettatori che sono rimasti fermi. Se un pilota ha corso senza sosta a 200 mph per i prossimi 50 anni, avrebbe invecchiato 70 microsecondi in meno rispetto al resto di noi.,
Mentre i piloti NASCAR si muovono a velocità incredibilmente veloci rispetto alle folle sugli spalti, le loro velocità sono piccole rispetto a ciò che Einstein aveva in mente – come la velocità della luce può viaggiare, 670 milioni di mph. L’effetto della relatività in pista è piccolo, ma esiste.
La pista
Così come sono i piloti in grado di ottenere queste velocità?
Quando un’auto entra in una curva, naturalmente vuole continuare nella direzione in cui stava andando in origine. Per cambiare direzione per seguire la curva della traccia di forma ovale, è necessario applicare una forza.,
La forza necessaria deriva dall’attrito tra le gomme e la pista. L’attrito è la connessione tra i due che impedisce loro di scivolare l’uno contro l’altro.
Quindi per i piloti è un atto di bilanciamento: vogliono mantenere il pedale sul metallo, ma non possono andare così veloce su una curva che la loro velocità supera la capacità di manovra fornita dall’attrito. Vai troppo velocemente e l’attrito potrebbe non essere sufficiente per impedire all’auto di continuare nella sua direzione originale e scivolare direttamente nel muro. Rallentare troppo e si cade dietro la concorrenza.,
Il modo in cui la pista è stata progettata può aiutare qui. Le curve sono inclinate, il che significa che sono più alte all’esterno della pista e più basse verso il centro. Parte della forza della strada che spinge verso l’alto sull’auto – ciò che i fisici chiamano la forza normale – aiuta la forza di attrito delle gomme e aiuta l’auto a fare il giro.,
Il banking nelle curve in alcuni dei circuiti di gara più veloci è paragonabile alla pendenza di uno scivolo per parchi giochi. Banking presso Richmond International Raceway consente alle auto di andare circa 1,3 volte più velocemente di quanto potrebbero senza banking. Le curve più grandi e le banche più elevate, come quelle viste a Daytona e Talladega, consentono ai piloti di mantenere una velocità più elevata mentre arrotondano quelle curve.
Potenza
La potenza è una misura di energia convertita da una forma all’altra in un determinato periodo di tempo., In stock car racing, questa conversione è dall’energia chimica immagazzinata nella benzina all’energia cinetica del movimento.
Un motore NASCAR produce circa 750 cavalli (560 kW), che supera un modello simile di auto da strada che supera circa 300 cavalli. Durante una gara, la conversione di potenza di un motore NASCAR è circa 500 volte l’utilizzo di energia della tipica famiglia americana durante lo stesso periodo di tempo.
La potenza delle auto deriva dal gas che brucia mentre il motore ruota. La rotazione di un motore NASCAR è 3.,5 volte più veloce di una street car standard e molto più efficiente, permettendogli di bruciare più rapidamente e produrre più potenza.
Collisioni
Con l’alta velocità e la potenza delle stock car arrivano i rischi di collisioni pericolose. Alcuni degli incidenti più difficili in NASCAR registrano circa 80 G – cioè 80 volte l’accelerazione di gravità che ti trattiene sul pianeta. Per la prospettiva, il parco di divertimenti cavalca in alto intorno a 6 G.
Gli elementi di sicurezza cercano di estendere il tempo, la distanza e l’area su cui avviene qualsiasi collisione nel tentativo di abbassare queste forze elevate., Il principio è simile al modo in cui gradualmente fermarsi è meno stridente che sbattere sui freni o il modo in cui un letto di chiodi diffonde il peso del tuo corpo su una vasta area rispetto a mentire su un singolo chiodo.
Le barriere più sicure lungo la parete esterna della pista sono fatte per accartocciare e dissipare la forza di un incidente su una vasta area. Anche la parte anteriore dell’auto stessa è fatta per accartocciare, il che estende il tempo di impatto.
Sedili in fibra di carbonio in auto assorbire più energia di impatto rispetto ai sedili in alluminio. Stabilizzano il conducente avvolgendo la gabbia toracica e le spalle e diffondono la forza d’impatto su un’area più ampia.
Un’imbracatura a 5 punti collega il conducente all’auto, allargando ancora una volta l’area di impatto. Si attacca anche il conducente alla macchina, così lui o lei rallenta con la macchina accartocciamento piuttosto che continuare in avanti a tutta velocità fino all’impatto.,
Quindi la prossima volta che vai in pista o sintonizzati in TV, rifletti su alcuni aspetti della fisica della NASCAR, così come sui contributi di scienziati e ingegneri che lavorano dietro le quinte per migliorare la velocità, la potenza e la sicurezza di questo sport.
Questo articolo è stato aggiornato per correggere la forza in pista durante l’accelerazione di una vettura.