det finns bara något spännande om att resa med höga hastigheter. Genom historien har människor alltid drivit sig att gå snabbare, vare sig till fots, på häst, på båt eller på cykel.
nästan varje helg, dagens hastighetsälskare kan leva ställföreträdande genom att titta på deras favorit NASCAR förare ras runt banan vid dödsföraktande hastigheter.
kanske är det spänningen i publiken eller kanske är det det ständiga hotet om fara som drar människor till sporten., Eller kanske dess bedrifter vetenskap och teknik som drar några åskådare i. Som fysiker älskar jag att se alla fysikprinciper som visas under en NASCAR-tävling.
hastighet
NASCAR-förare reser med extremt höga hastigheter, över 200 miles per timme. De accelererar så snabbt att det tar dem bara runt 3 till 3,5 sekunder att gå från noll till 60 mph. Under denna acceleration måste bilen utöva i genomsnitt 2.600 lbs horisontell kraft mot spåret. Detta är jämförbart med bitkraften hos en stor amerikansk krokodil eller vad det skulle ta för att lyfta en fullvuxen buffel.,
enligt Einsteins teori om speciell relativitet, ju snabbare du rör dig genom rymden, desto LÅNGSAMMARE blir din tid. Så det är rättvist att säga att speed demon NASCAR-förare åldras mycket lite mindre än resten av oss. I slutet av en 3,5 timmars tävling har förarna åldrat cirka 0,5 nanosekunder mindre än åskådarna som stannade kvar. Om en förare körde nonstop vid 200 mph för de kommande 50 åren, skulle han åldras 70 mikrosekunder mindre än resten av oss.,
medan NASCAR – förare rör sig med otroligt snabba hastigheter jämfört med folkmassorna i stativen, är deras hastigheter små jämfört med vad Einstein hade i åtanke-som hur snabbt ljus kan resa, 670 miljoner mph. Relativitetens effekt på banan är liten,men den existerar.
spåret
Så hur kan förare få dessa hastigheter?
När en bil går in i en sväng vill den naturligtvis fortsätta i den riktning den ursprungligen gick. För att ändra riktning för att följa kurvan för det ovala spåret måste en kraft appliceras.,
den nödvändiga kraften kommer från friktionen mellan däcken och spåret. Friktion är kopplingen mellan de två som hindrar dem från att glida mot varandra.
så för förare är det en balansakt – de vill hålla pedalen till metallen, men de kan inte gå så fort på en kurva att deras hastighet övervinner manövreringsförmågan som friktion ger. Gå för snabbt och friktionen kanske inte räcker för att förhindra att bilen fortsätter i sin ursprungliga riktning och glider rakt in i väggen. Sakta ner för mycket och du faller bakom tävlingen.,
hur spåret är utformat kan hjälpa till här. Svängarna är bankade, vilket innebär att de är högre på utsidan av spåret och lägre mot mitten. En del av kraften på vägen som skjuter upp på bilen-vilka fysiker kallar den normala kraften-hjälper däckens friktionskraft och hjälper bilen att göra det runt svängen.,
Bank i varv på några av de snabbaste racerbanorna är jämförbar med brantheten hos en lekplats slide. Bank på Richmond International Raceway tillåter bilar att gå ungefär 1.3 gånger snabbare än de kunde utan bank. Större kurvor och högre bank, som de som ses på Daytona och Talladega, tillåter förarna att behålla en högre hastighet när de rundar dessa hörn.
effekt
effekt är ett mått på energi som konverteras från en form till en annan i en viss tid., I lager bilspel, är denna omvandling från den kemiska energin som lagras i bensin till rörelseens kinetiska energi.
en NASCAR-motor producerar cirka 750 hästkrafter (560 kW), vilket överstiger en liknande modellgatabil som toppar runt 300 hästkrafter. Under ett lopp, är Power konvertering av en NASCAR motorer ungefär 500 gånger strömförbrukningen av den typiska amerikanska hushåll under samma tidsperiod.
bilens kraft kommer från brinnande gas när motorn roterar. Rotation av en NASCAR motor är 3.,5 gånger snabbare än en vanlig gatubil och mycket effektivare, så att den kan kamma snabbare och producera mer kraft.
kollisioner
med lagerbilarnas höga hastighet och kraft kommer riskerna med farliga kollisioner. Några av de svåraste krascherna i NASCAR-registret runt 80 g – det vill säga 80 gånger gravitationens acceleration som håller dig till planeten. För perspektiv, Nöjespark Rider uppifrån runt 6 g ’ s.
säkerhetselement försöker förlänga tid, avstånd och område över vilket någon kollision sker i ett försök att sänka dessa höga krafter., Principen liknar det sätt som gradvis kommer till ett stopp är mindre skärande än smäller på bromsarna eller hur en bädd av naglar sprider din kropps vikt över ett stort område jämfört med att ligga på en enda spik.
säkrare hinder längs den yttre väggen av banan görs för att smula och skingra en krasch kraft över ett stort område. Bilens främre ände är också gjord för att smula, vilket förlänger tiden för påverkan.
Kolfibersäten i bilen absorberar mer slagenergi jämfört med aluminiumsäten. De stabiliserar föraren genom att linda runt bröstkorgen och axlarna och sprida slagkraften över ett större område.
en 5-punkts sele ansluter föraren till bilen, återigen sprida islagsområdet. Det fäster också föraren till bilen, så han eller hon saktar med den skrynkliga bilen i stället för att fortsätta framåt i full fart tills påverkan.,
så nästa gång du går till spåret eller ställer in på TV, fundera över en del av NASCAR-fysiken, samt bidrag från forskare och ingenjörer som arbetar bakom kulisserna för att förbättra sportens hastighet, kraft och säkerhet.
den här artikeln har uppdaterats för att korrigera kraften på spåret under en bils acceleration.