Es gibt nur etwas Aufregendes beim Reisen mit hohen Geschwindigkeiten. Im Laufe der Geschichte haben sich die Menschen immer dazu gedrängt, schneller zu gehen, sei es zu Fuß, zu Pferd, auf einem Boot oder mit dem Fahrrad.
Fast jedes Wochenende können die heutigen Geschwindigkeitsliebhaber stellvertretend leben, indem sie ihren Lieblings-NASCAR-Fahrern zusehen, wie sie mit todesmutigen Geschwindigkeiten um die Strecke rennen.
Vielleicht ist es die Aufregung in der Menge oder vielleicht ist es die ständige Gefahr, die Menschen in den Sport zieht., Oder vielleicht sind es die Kunststücke der Wissenschaft und Technik, die einige Zuschauer anziehen. Als Physiker liebe ich es, alle physikalischen Prinzipien während eines NASCAR-Rennens zu sehen.
Geschwindigkeit
NASCAR-Fahrer fahren mit extrem hohen Geschwindigkeiten, über 200 Meilen pro Stunde. Sie beschleunigen so schnell, dass sie nur etwa 3 bis 3,5 Sekunden brauchen, um von Null auf 60 mph zu gelangen. Während dieser Beschleunigung muss das Auto durchschnittlich 2.600 lbs horizontale Kraft gegen die Spur ausüben. Dies ist vergleichbar mit der Bisskraft eines großen amerikanischen Krokodils oder dem, was es braucht, um einen ausgewachsenen Büffel zu heben.,
Nach Einsteins Theorie der besonderen Relativitätstheorie gilt: Je schneller Sie sich durch den Raum bewegen, desto langsamer vergeht die Zeit. Es ist also fair zu sagen, dass Speed Demon NASCAR-Fahrer ein sehr kleines bisschen weniger altern als der Rest von uns. Am Ende eines 3,5-Stunden-Rennens haben die Fahrer etwa 0,5 Nanosekunden weniger gealtert als die Zuschauer, die still blieben. Wenn ein Fahrer die nächsten 50 Jahre nonstop mit 200 Meilen pro Stunde fuhr, würde er 70 Mikrosekunden weniger altern als der Rest von uns.,
Während NASCAR-Fahrer sich im Vergleich zu den Menschenmassen auf der Tribüne unglaublich schnell bewegen, sind ihre Geschwindigkeiten im Vergleich zu dem, was Einstein im Sinn hatte, gering – wie schnell Licht fahren kann, 670 Millionen Meilen pro Stunde. Der Relativitätseffekt an der Strecke ist gering, existiert aber.
Die Strecke
Wie können Fahrer diese Geschwindigkeiten erreichen?
Wenn ein Auto in eine Kurve einbiegt, will es natürlich in die Richtung fahren, in die es ursprünglich fuhr. Um die Richtung zu ändern, um der Kurve der ovalen Spur zu folgen, muss eine Kraft ausgeübt werden.,
Die notwendige Kraft kommt von der Reibung zwischen Reifen und Spur. Reibung ist die Verbindung zwischen den beiden, die verhindert, dass sie gegeneinander gleiten.
Für Fahrer ist es also ein Balanceakt – sie wollen das Pedal zum Metall halten, aber sie können in einer Kurve nicht so schnell fahren, dass ihre Geschwindigkeit die durch Reibung gebotene Manövrierfähigkeit überfordert. Gehen Sie zu schnell und die Reibung reicht möglicherweise nicht aus, um zu verhindern, dass sich das Auto in seine ursprüngliche Richtung fortsetzt und direkt in die Wand gleitet. Verlangsamen Sie zu viel und Sie fallen hinter der Konkurrenz.,
Die Art und Weise, wie der Track gestaltet ist, kann hier helfen. Die Kurven sind gebänkt, was bedeutet, dass sie auf der Außenseite der Strecke höher und in Richtung der Mitte niedriger sind. Ein Teil der Kraft der Straße, die auf das Auto drückt – was Physiker die normale Kraft nennen – unterstützt die Reibungskraft der Reifen und hilft dem Auto, die Kurve zu umgehen.,
Das Fahren in den Kurven auf einigen der schnellsten Rennstrecken ist vergleichbar mit der Steilheit einer Spielplatzrutsche. Das Bankgeschäft auf dem Richmond International Raceway ermöglicht es Autos, ungefähr 1,3 Mal schneller zu fahren, als sie ohne Bankgeschäfte könnten. Größere Kurven und höhere Geschwindigkeiten, wie sie in Daytona und Talladega zu sehen sind, ermöglichen es den Fahrern, eine höhere Geschwindigkeit beizubehalten, wenn sie diese Kurven umrunden.
Leistung
Leistung ist ein Maß für die Energie, die in einer festgelegten Zeit von einer Form in eine andere umgewandelt wird., Im Stock Car Racing erfolgt diese Umwandlung von der im Benzin gespeicherten chemischen Energie in die kinetische Bewegungsenergie.
Ein NASCAR-Motor produziert rund 750 PS (560 kW), was einem ähnlichen Straßenauto entspricht, das rund 300 PS erreicht. Während eines Rennens beträgt die Leistungsumwandlung eines NASCAR-Motors im gleichen Zeitraum etwa das 500-fache des Stromverbrauchs des typischen amerikanischen Haushalts.
Die Kraft der Autos kommt vom Verbrennen von Gas, wenn sich der Motor dreht. Die Drehung eines NASCAR-Motors beträgt 3.,5 mal schneller als ein standard straße auto und viel effizienter, so dass es zu combust mehr schnell und produzieren mehr leistung.
Kollisionen
Mit der hohen Geschwindigkeit und Leistung von Serienfahrzeugen besteht die Gefahr gefährlicher Kollisionen. Einige der härtesten Abstürze in NASCAR registrieren etwa 80 G – das heißt, 80 mal die Beschleunigung der Schwerkraft, die Sie auf den Planeten hält. Zum Beispiel fahren Vergnügungsparkfahrten um 6 G.
Sicherheitselemente versuchen, die Zeit, Entfernung und Fläche, über die eine Kollision stattfindet, zu verlängern, um diese hohen Kräfte zu senken., Das Prinzip ähnelt der Art und Weise, wie Sie allmählich zum Stillstand kommen, und ist weniger erschütternd als das Zuschlagen auf die Bremsen oder die Art und Weise, wie ein Nagelbett das Gewicht Ihres Körpers über eine große Fläche verteilt, anstatt auf einem einzelnen Nagel zu liegen.
SICHERERE Barrieren entlang der Außenwand der Rennstrecke sollen die Kraft eines Crashs auf einer großen Fläche zerknittern und zerstreuen. Das vordere Ende des Autos selbst ist ebenfalls zerknittert, was die Aufprallzeit verlängert.
Carbon faser sitze in die auto absorbieren mehr auswirkungen energie im vergleich zu aluminium sitze. Sie stabilisieren den Fahrer, indem sie sich um Brustkorb und Schultern wickeln und die Aufprallkraft auf eine größere Fläche verteilen.
Ein 5-Punkt-Kabelbaum verbindet den Fahrer mit dem Auto und verteilt erneut den Aufprallbereich. Außerdem wird der Fahrer am Auto befestigt, sodass er mit dem zerknitterten Auto langsamer wird, anstatt bis zum Aufprall mit voller Geschwindigkeit vorwärts zu fahren.,
Wenn Sie also das nächste Mal auf die Strecke gehen oder sich im Fernsehen einschalten, denken Sie über einige der Physik von NASCAR nach, sowie über die Beiträge von Wissenschaftlern und Ingenieuren, die hinter den Kulissen arbeiten, um die Geschwindigkeit, Leistung und Sicherheit des Sports zu verbessern.
Dieser Artikel wurde aktualisiert, um die Kraft auf der Strecke während der Beschleunigung eines Autos zu korrigieren.