science >> Wetenschap > >> anders

Hoe bereken je G-krachten?

Op 29 april, 2001, CART-functionarissen (Championship Auto Racing Teams) annuleerden een race op de Texas Motor Speedway omdat de coureurs al na 10 ronden duizelig werden. De combinatie van hoge snelheden en scherpe bochten bij Texas Motor Speedway produceert krachten van bijna 5 Gs in de bochten. Eén G is de zwaartekracht van de aarde -- het is deze kracht die bepaalt hoeveel we wegen. Bij 5 Gs, een bestuurder ervaart een kracht gelijk aan vijf keer zijn gewicht. Bijvoorbeeld, tijdens een 5-G-bocht, er is 60 tot 70 pond kracht die zijn hoofd opzij trekt. Laten we eens kijken hoe we kunnen berekenen hoeveel G's een auto in een bocht trekt en hoe deze Champ-cars onder zoveel kracht op de baan kunnen blijven.

Berekening van de G-krachten op de stuurprogramma's is eigenlijk vrij eenvoudig. We moeten alleen de straal van de bochten en de snelheid van de auto's weten. Volgens de Track Facts van Texas Motor Speedway, de bochten op de baan hebben een straal van 750 voet (229 meter). Tijdens de praktijk, de auto's draaiden ronden met een snelheid van ongeveer 230 mijl per uur (370 km/u).

Als een auto een bocht neemt, het versnelt de hele tijd (dit is waarom, wanneer u een bocht maakt in uw eigen auto, u voelt een kracht die uw lichaam naar de buitenkant van de auto trekt). De hoeveelheid versnelling is gelijk aan de snelheid van de auto in het kwadraat gedeeld door de straal van de bocht:

Laten we de cijfers doornemen:

230 mph is 337 voet per seconde (f/s).
(337 f/s) ² / 750 voet =ongeveer 151 f/s ² .
De versnelling door zwaartekracht (1 G) is 32 f/s ² .
151/32 =4,74 Gs ervaren door de chauffeurs.

Hoe kan de auto onder dit soort kracht op de baan blijven? Het komt door de gekantelde bochten.

De Texas Motor Speedway heeft een hellingshoek van 24 graden in de bochten. Het bankieren heeft niet echt invloed op hoe we de G-krachten op de bestuurder berekenen, maar zonder de bank zouden de auto's nooit zo'n scherpe bocht kunnen maken met 230 mph. Laten we eens kijken hoe het bankieren helpt.

Als een Champ Car een vlakke bocht probeerde te maken met 230 mph, het zou van de baan glijden omdat het niet genoeg tractie heeft. De tractie is evenredig met het gewicht op de banden (hoe meer gewicht, hoe meer trekkracht). Door een bocht te maken, kunnen sommige van de G-krachten die in de bocht worden gecreëerd, het gewicht op de banden verhogen, het vergroten van de trekkracht. Om erachter te komen welk deel van de G's de banden zwaarder maakt, je vermenigvuldigt de G-krachten met de sinus van de bankgraad. In ons voorbeeld:

Dus met een 24-graden bankieren, 1.93 Gs voegt gewicht toe aan de wielen. In aanvulling, een deel van de 1 G van de zwaartekracht van de aarde legt ook wat gewicht op de banden:1 G x cos24° =0,91 Gs. Samen, 2,84 Gs (of 2,84 keer het gewicht van de auto) duw de auto naar beneden tijdens de bocht, helpen om op het spoor te blijven.

De aerodynamica van de auto zorgt ook voor aanzienlijke neerwaartse druk bij 230 mph. Op een vliegtuig, de vleugels zorgen voor lift. Een Champ Car heeft spoilers die lijken op omgekeerde vleugels, biedt het tegenovergestelde van lift:downforce. De neerwaartse kracht houdt de auto aan de baan vastgelijmd met een neerwaartse druk die wordt geleverd door de voor- en achtervleugels, evenals door het lichaam zelf. De hoeveelheid neerwaartse druk is verbazingwekkend -- als de auto eenmaal met 322 km/u rijdt, er is genoeg neerwaartse kracht op de auto dat hij zich daadwerkelijk aan het plafond van een tunnel kan hechten en ondersteboven kan rijden! In een straatparcoursrace, de aerodynamica heeft voldoende zuigkracht om putdeksels op te tillen - voor de race, alle putdeksels zijn vastgelast om dit te voorkomen!

Tussen de downforce en de G-krachten, meer dan vier keer het gewicht van de auto houdt de banden op de baan wanneer deze met een snelheid van 230 mph rond een van die 24 graden hellende bochten gaat.

Chauffeurs worden op een circuit als dit enorm gestraft. Dit niveau van versnelling is hoger dan de meeste mensen ooit ervaren. Zelfs de spaceshuttle ontwikkelt bij het opstijgen slechts 3 Gs. Wat nog verbazingwekkender is, is hoe lang deze chauffeurs dit soort geweld tolereren. De Texas Motor Speedway is 2,4 km lang:het voorste stuk is 2, 250 voet (686 m) lang, en de rugrek is 1, 330 voet (405 m) lang. Bij 230 mph (337 f / s), de coureurs hebben ongeveer 6,5 seconden nodig om het voorste stuk af te dalen, en dan worden ze gedurende de volgende 6,5 seconden met bijna 5 Gs aan kracht dichtgeslagen terwijl ze de bocht om gaan. Het duurt slechts ongeveer 4 seconden om de achterkant te bereiken voor de volgende bocht en nog eens 6,5 seconden van bijna 5 Gs. Als de geplande 600 mijl (966 km) race had plaatsgevonden, de chauffeurs zouden in totaal 800 keer heen en weer zijn gegaan tussen 5 en bijna nul G's.

Oorspronkelijk gepubliceerd:10 mei 2001

Veelgestelde vragen over G Force berekenen

Hoe snel is de G-kracht in mph?

Eén G kracht is gelijk aan 22 mijl per uur.

Wat zijn de drie soorten G-krachten?

Er zijn drie soorten G-krachten:lineair, radiaal en hoekig.

Wat is een voorbeeld van G-kracht?

In simpele termen, G-kracht is de kracht die een lichaam voelt wanneer het versnelt. Een veelvoorkomend voorbeeld is wanneer je in een achtbaan rijdt. Als het op snelheid komt, u kunt het gevoel hebben dat u terug in uw stoel wordt geduwd. Dit is G-kracht in actie.

Hoe vind je de G-kracht van een lus?

Er zijn twee krachten tegelijk aan het werk. Om de G-kracht te vinden, deel de kracht die door de bestuurder wordt uitgeoefend door zijn massa en zet deze vervolgens om in Gs.