Er is gewoon iets opwindends aan reizen met hoge snelheden. Door de geschiedenis heen hebben mensen zichzelf altijd gepusht om sneller te gaan, te voet, te paard, op een boot of op een fiets.

Bijna elk weekend, de snelheidsliefhebbers van vandaag kunnen plaatsvervangend leven door hun favoriete NASCAR-coureurs met dodelijke snelheden over het circuit te zien racen.

Misschien is het de opwinding in de menigte of misschien is het de constante dreiging van gevaar die mensen naar de sport trekt. Of misschien zijn het de staaltjes van wetenschap en techniek die sommige toeschouwers naar binnen trekken. Als natuurkundige, Ik vind het geweldig om alle natuurkundige principes te zien tijdens een NASCAR-race.

Snelheid

NASCAR-chauffeurs rijden met extreem hoge snelheden, meer dan 200 mijl per uur. Ze accelereren zo snel dat het hen slechts ongeveer 3 tot 3,5 seconden kost om van nul naar 60 mph te gaan. Tijdens deze versnelling de auto moet gemiddeld 2 uitoefenen, 600 lbs horizontale kracht per seconde tegen de baan. Dit is vergelijkbaar met de bijtkracht van een grote Amerikaanse krokodil of wat nodig is om een ​​volwassen buffel op te tillen.

Volgens de speciale relativiteitstheorie van Einstein, hoe sneller je door de ruimte beweegt, hoe langzamer je tijd verstrijkt. Dus het is eerlijk om te zeggen dat NASCAR-coureurs van snelheidsduivels een heel klein beetje minder oud worden dan de rest van ons. Aan het einde van een 3,5 uur durende race, de coureurs zijn ongeveer 0,5 nanoseconde minder oud geworden dan de toeschouwers die stil bleven staan. Als een coureur de komende 50 jaar non-stop met 200 mph racete, hij zou 70 microseconden minder oud worden dan de rest van ons.

Terwijl NASCAR-coureurs zich met ongelooflijk hoge snelheden voortbewegen in vergelijking met de drukte op de tribunes, hun snelheden zijn klein vergeleken met wat Einstein in gedachten had - zoals hoe snel licht kan reizen, 670 miljoen mph. Het effect van relativiteit op het spoor is klein, maar het bestaat wel.

Het spoor

Dus hoe kunnen bestuurders deze snelheden halen?

Als een auto een bocht ingaat, het wil natuurlijk doorgaan in de richting die het oorspronkelijk ging. Om van richting te veranderen om de bocht van de ovale baan te volgen, er moet een kracht worden uitgeoefend.

De benodigde kracht komt van de wrijving tussen de banden en de baan. Wrijving is de verbinding tussen de twee die voorkomt dat ze tegen elkaar schuiven.

Dus voor chauffeurs is het een evenwichtsoefening - ze willen het pedaal op het metaal houden, maar ze kunnen niet zo snel gaan in een bocht dat hun snelheid het manoeuvreervermogen dat door wrijving wordt geboden, te boven gaat. Ga te snel en de wrijving is misschien niet genoeg om te voorkomen dat de auto in zijn oorspronkelijke richting verdergaat en recht de muur in glijdt. Vertraag te veel en je loopt achter op de concurrentie.

De manier waarop de baan is ontworpen, kan hier helpen. De beurten zijn gebankt, wat betekent dat ze hoger zijn aan de buitenkant van de baan en lager in de richting van het midden. Een deel van de kracht van de weg die op de auto drukt - wat natuurkundigen de normaalkracht noemen - ondersteunt de wrijvingskracht van de banden en helpt de auto om de bocht te nemen.

Helling in de bochten op enkele van de snelste racecircuits is vergelijkbaar met de steilheid van een glijbaan in een speeltuin. Door te bankieren op Richmond International Raceway kunnen auto's ongeveer 1,3 keer sneller gaan dan zonder bankieren. Grotere bochten en hoger bankieren, zoals die te zien zijn in Daytona en Talladega, zodat de coureurs een hogere snelheid kunnen aanhouden als ze die bochten nemen.

Stroom

Vermogen is een maat voor energie die in een bepaalde tijd van de ene vorm naar de andere wordt omgezet. In voorraad autoracen, deze omzetting is van de chemische energie opgeslagen in benzine naar de kinetische energie van beweging.

Een NASCAR-motor produceert ongeveer 750 pk (560 kW), die een vergelijkbaar model straatauto overtreft met een maximum van ongeveer 300 pk. Tijdens een wedstrijd, de stroomconversie van een NASCAR-motor is ongeveer 500 keer het stroomverbruik van het typische Amerikaanse huishouden in dezelfde periode.

De kracht van de auto's komt van het verbranden van gas terwijl de motor draait. De rotatie van een NASCAR-motor is 3,5 keer sneller dan een standaard straatauto en veel efficiënter, waardoor het sneller kan ontbranden en meer vermogen kan produceren.

botsingen

Met de hoge snelheid en kracht van standaard auto's komen de risico's van gevaarlijke botsingen. Enkele van de zwaarste crashes in NASCAR registreren ongeveer 80 G's, dat wil zeggen, 80 keer de versnelling van de zwaartekracht die je op de planeet houdt. Voor perspectief, pretparkattracties komen uit rond de 6 G's.

Veiligheidselementen proberen de tijd te verlengen, afstand en gebied waarover een botsing plaatsvindt in een poging om deze hoge krachten te verminderen. Het principe is vergelijkbaar met de manier waarop geleidelijk tot stilstand komen minder schokkend is dan op de rem trappen of de manier waarop een spijkerbed het gewicht van je lichaam over een groot gebied verspreidt in plaats van op een enkele spijker te liggen.

VEILIGER barrières langs de buitenmuur van het racecircuit zijn gemaakt om de kracht van een crash over een groot gebied te verkreukelen en te verspreiden. De voorkant van de auto zelf is ook gemaakt om te verkreukelen, wat de impacttijd verlengt.

Stoelen van koolstofvezel in de auto absorberen meer impactenergie dan aluminium stoelen. Ze stabiliseren de bestuurder door zich om de ribbenkast en schouders te wikkelen, en spreid de impactkracht over een groter gebied.

Een 5-punts harnas verbindt de bestuurder met de auto, opnieuw het impactgebied spreiden. Het hecht ook de bestuurder aan de auto, dus hij of zij vertraagt ​​met de verkreukelde auto in plaats van op volle snelheid vooruit te rijden tot de botsing.

Dus de volgende keer dat je naar de track gaat of afstemt op tv, nadenken over een deel van de fysica van NASCAR, evenals de bijdragen van wetenschappers en ingenieurs die achter de schermen werken om de snelheid te verbeteren, kracht en veiligheid van de sport.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.