C'è solo qualcosa di elettrizzante nel viaggiare ad alta velocità. Nel corso della storia le persone si sono sempre spinte ad andare più veloci, sia 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 lungo la 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 verso questo sport. O forse sono le imprese della scienza e dell'ingegneria che attirano alcuni spettatori. Come fisico, Adoro vedere tutti i principi della fisica in mostra durante una gara NASCAR.

Velocità

I conducenti NASCAR viaggiano a velocità estremamente elevate, oltre 200 miglia orarie. Accelerano così rapidamente che impiegano solo da 3 a 3,5 secondi per passare da zero a 60 mph. Durante questa accelerazione, l'auto deve esercitare una media di 2, 600 libbre di forza orizzontale ogni secondo contro la pista. Questo è paragonabile alla forza del morso di un grande coccodrillo americano oa quello che ci vorrebbe per sollevare un bufalo adulto.

Secondo la teoria della relatività speciale di Einstein, più veloce ti muovi nello spazio, più lento è il tuo passare del tempo. Quindi è giusto dire che i piloti NASCAR demone della velocità invecchiano un po' meno del resto di noi. Al termine di una gara di 3,5 ore, i piloti sono invecchiati di circa 0,5 nanosecondi in meno degli spettatori che sono rimasti fermi. Se un pilota ha corso senza sosta a 200 mph per i prossimi 50 anni, invecchierebbe 70 microsecondi in meno rispetto al resto di noi.

Mentre i piloti NASCAR si muovono a velocità incredibilmente elevate rispetto alla folla sugli spalti, le loro velocità sono piccole rispetto a quelle che Einstein aveva in mente, come la velocità con cui può viaggiare la luce, 670 milioni di miglia orarie. L'effetto della relatività sulla pista è piccolo, ma esiste.

La traccia

Quindi, come possono i conducenti ottenere queste velocità?

Quando un'auto entra in curva, vuole naturalmente continuare nella direzione in cui stava andando originariamente. Per cambiare direzione per seguire la curva della pista ovale, deve essere applicata 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 conducenti è un atto di equilibrio:vogliono tenere il pedale sul metallo, ma non possono andare così veloci su una curva che la loro velocità superi la capacità di manovra fornita dall'attrito. Vai troppo veloce e l'attrito potrebbe non essere sufficiente per impedire all'auto di continuare nella sua direzione originale e di scivolare dritta contro il muro. Rallenta troppo e rimani indietro rispetto alla concorrenza.

Il modo in cui è progettata la pista può aiutare qui. I turni sono inclinati, il che significa che sono più alti all'esterno della pista e più bassi verso il centro. Parte della forza della strada che spinge verso l'alto sull'auto, quella che i fisici chiamano la forza normale, aiuta la forza di attrito delle gomme e aiuta l'auto a superare la curva.

La pendenza nelle curve di alcuni dei circuiti più veloci è paragonabile alla pendenza di uno scivolo da parco giochi. Le operazioni bancarie al Richmond International Raceway consentono alle auto di andare circa 1,3 volte più veloci di quanto potrebbero senza operazioni bancarie. Curve più grandi e banking più alto, come quelli visti a Daytona e Talladega, consentire ai conducenti di mantenere una velocità più elevata mentre girano quelle curve.

Potenza

La potenza è una misura dell'energia convertita da una forma all'altra in un determinato periodo di tempo. Nelle corse di stock car, 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 i 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 dalla combustione del gas mentre il motore gira. La rotazione di un motore NASCAR è 3,5 volte più veloce di un tram standard e molto più efficiente, permettendogli di bruciare più rapidamente e produrre più potenza.

collisioni

Con l'alta velocità e la potenza delle auto di serie arrivano i rischi di collisioni pericolose. Alcuni degli incidenti più duri in NASCAR registrano circa 80 G, ovvero, 80 volte l'accelerazione di gravità che ti tiene sul pianeta. Per prospettiva, le giostre del parco divertimenti superano i 6 G.

Gli elementi di sicurezza cercano di prolungare il tempo, distanza e l'area su cui si verifica qualsiasi collisione nel tentativo di ridurre queste forze elevate. Il principio è simile al modo in cui arrivare gradualmente a un arresto è meno stridente rispetto allo sbattere sui freni o al modo in cui un letto di chiodi distribuisce il peso del tuo corpo su una vasta area rispetto a quando si trova su un singolo chiodo.

Le barriere PI SICURE lungo la parete esterna della pista sono fatte per accartocciarsi e dissipare la forza di un incidente su una vasta area. Anche la parte anteriore dell'auto stessa è fatta per accartocciarsi, che prolunga il tempo di impatto.

I sedili in fibra di carbonio dell'auto assorbono più energia d'impatto rispetto ai sedili in alluminio. Stabilizzano il conducente avvolgendosi intorno alla gabbia toracica e alle spalle, e distribuire la forza d'impatto su un'area più ampia.

Un'imbracatura a 5 punti collega il conducente all'auto, ancora una volta allargando l'area di impatto. Attacca anche il conducente all'auto, così lui o lei rallenta con l'auto accartocciata piuttosto che continuare in avanti a tutta velocità fino all'impatto.

Quindi la prossima volta che vai in pista o ti sintonizzi in TV, meditare sulla fisica della NASCAR, così come i contributi di scienziati e ingegneri che lavorano dietro le quinte per migliorare la velocità, potenza e sicurezza dello sport.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.