https://bodybydarwin.com
Slider Image

NASCAR עשוי להיות הדרך המהירה ביותר ללמוד על פיזיקה

2022

יש משהו מרגש בנסיעות במהירות גבוהה. לאורך ההיסטוריה אנשים תמיד דחפו את עצמם ללכת מהר יותר, אם ברגל, על סוס, על סירה או על אופניים.

כמעט בכל סוף שבוע, אוהבי המהירות של ימינו יכולים לחיות באופן משכנע על ידי צפייה בנהגי NASCAR האהובים שלהם מתרוצצים סביב המסלול במהירות מתריסת.

אולי זו ההתרגשות בקהל או אולי האיום המתמיד בסכנה שמושך אנשים לספורט. או אולי זה מעשי המדע וההנדסה שמושכים כמה צופים פנימה. כפיזיקאי אני אוהב לראות את כל עקרונות הפיזיקה המוצגים במהלך מירוץ של NASCAR.

נהגי NASCAR נוסעים במהירות גבוהה במיוחד, יותר מ- 200 מיילים לשעה. הם מאיצים כל כך מהר שלוקח להם רק כ -3 עד 3.5 שניות לעבור מאפס ל- 60 קמ"ש. במהלך תאוצה זו על המכונית להפעיל ממוצע של 2, 600 קילוגרם של כוח אופקי כנגד המסילה. זה דומה לכוח הנשיכה של תנין אמריקני גדול או למה שנדרש כדי להרים תאו בגודל מלא.

על פי תיאוריית היחסות המיוחדת של איינשטיין, ככל שאתה עובר מהר יותר בחלל, חלף הזמן שלך איטי יותר. אז זה הוגן לומר שנהגי NASCAR מהירות שד מזדקנות מעט מאוד פחות משארנו. בתום מרוץ של 3.5 שעות, הנהגים התיישןו בערך 0.5 ננו-שניות פחות מהצופים שנשארו בשקט. אם נהג היה מרוץ ללא הפסקה במהירות של 200 קמ"ש במשך 50 השנים הבאות, הוא היה מתיישן 70 מיקרו שניות פחות משארנו.

בזמן שנהגי NASCAR נעים במהירות מהירה להפליא לעומת ההמונים ביציעים, המהירות שלהם קטנה ביחס למה שאיינשטיין חשב - כמו כמה אור יכול לנסוע במהירות, 670 מיליון קמ"ש. השפעת היחסות במסלול קטנה אך קיימת.

אז איך נהגים מסוגלים להשיג מהירויות אלה?

כשמכונית נכנסת לפנייה, היא באופן טבעי רוצה להמשיך לכיוון אליו היא במקור. כדי לשנות כיוון לעקוב אחר עקומת המסילה בצורת אליפסה, יש להפעיל כוח.

הכוח הדרוש נובע מהחיכוך בין הצמיגים למסילה. חיכוך הוא הקשר בין השניים שמונע מהם לגלוש זה נגד זה.

אז לנהגים, מעשה איזון זה הם רוצים לשמור על הדוושה למתכת, אבל הם לא יכולים ללכת כל כך מהר על עקומה שהמהירות שלהם גוברת על יכולת התמרון שמספק החיכוך. סע מהר מדי ויכול להיות שהחיכוך לא יספיק בכדי למנוע מהמכונית להמשיך בכיוון המקורי שלה ולהחליק היישר אל הקיר. להאט יותר מדי ואתה נופל מאחורי התחרות.

אופן התכנון של המסלול יכול לעזור כאן. הפניות ממולאות, כלומר הן גבוהות יותר בחלק החיצוני של המסילה ונמוכות לכיוון המרכז. חלק מכוח הכביש הדוחף את המכונית לפיה פיזיקאים מכנים את הכוח הרגיל מתמחים בכוח החיכוך של הצמיגים ועוזר למכונית להפוך אותה לסיבוב.

הבנקאות בפניות בחלק ממסלולי המירוץ המהירים ביותר דומה לתלילות של מגלשת מגרש משחקים. הבנקאות במירוצי ריצ'מונד הבינלאומי מאפשרת למכוניות ללכת במהירות גבוהה פי 1.3 מכפי שהן יכולות בלי בנקאות. עקומות גדולות יותר ובנקאות גבוהה יותר, כמו אלה שנראו בדייטונה ובטלדגה, מאפשרות לנהגים לשמור על מהירות גבוהה יותר כשהם סובבים את פינותיהם.

כוח הוא מדד לאנרגיה שמומר מצורה אחת לאחרת בפרק זמן מוגדר. במירוצי מכוניות מלאי, המרה זו היא מהאנרגיה הכימית המאוחסנת בבנזין לאנרגיה קינטית בתנועה.

מנוע NASCAR מייצר כ- 750 [כוחות סוס) (https://www.popsci.com/what-is-horsepower/) (560 קילוואט), העולה על מכונית רחוב דגם דומה המצטיינת סביב 300 כוחות סוס. במהלך מרוץ, המרת הכוח של מנוע NASCAR היא פי 500 מכוח השימוש של משק הבית האמריקני הטיפוסי באותה תקופה.

כוחן של המכוניות נובע מדלק בוער כשהמנוע מסתובב. הסיבוב של מנוע NASCAR מהיר פי 3.5 ממכונית רחוב סטנדרטית ויעיל בהרבה, ומאפשר לו להתלקח במהירות רבה יותר ולייצר יותר כוח.

עם המהירות והעוצמה הגבוהה של מכוניות המניות מגיעים הסיכונים להתנגשות מסוכנת. כמה מההתרסקויות הקשות ביותר ב- NASCAR רושמות סביב 80 ג '- כלומר פי 80 מהאצת הכובד שמחזיקה אותך לכוכב הלכת. מבחינת הפרספקטיבה, פארק השעשועים רוכב למעלה סביב 6 G's.

גורמי בטיחות מנסים להאריך את הזמן, המרחק והשטח עליהם מתרחש כל התנגשות במאמץ להוריד את הכוחות הגבוהים הללו. העיקרון דומה לאופן בו ההפסקה בהדרגה פחות צורמת מאשר טריקת הבלמים או האופן שבו מצע ציפורניים מפזר את משקל גופכם על שטח גדול לעומת שכיבה על מסמר בודד.

מחסומי הבטחון לאורך הקיר החיצוני של מסלול המירוץ נועדו להתפורר ולהפיץ את כוח ההתרסקות על שטח גדול. הקצה הקדמי של המכונית עצמה עשוי להתפורר, מה שמאריך את זמן הפגיעה.

מושבי סיבי פחמן במכונית סופגים יותר אנרגיה בהשפעה לעומת מושבי אלומיניום. הם מייצבים את הנהג על ידי עטיפת כלוב הצלעות והכתפיים ומפיצים את כוח ההשפעה על שטח גדול יותר.

רתמה של 5 נקודות מחברת את הנהג לרכב, ושוב מפזרת את שטח הפגיעה. זה גם מחבר את הנהג למכונית, כך שהוא או היא מאטים את המכונית המתפוררת במקום להמשיך קדימה במלוא המהירות עד לפגיעה.

אז בפעם הבאה שתמשיכו למסלול או תתכוונו לטלוויזיה, תהיו מחשיבים לפיזיקה של NASCAR, כמו גם לתרומות של מדענים ומהנדסים העובדים מאחורי הקלעים כדי לשפר את המהירות, הכוח והבטיחות של הספורט.

כריסטין הלמס היא פרופסור עוזר לפיזיקה, אוניברסיטת ריצ'מונד. מאמר זה הופיע במקור ב"שיחה ".

מנהיגי פולחן כמו צ'רלס מנסון מנצלים את הצורך הפסיכולוגי הבסיסי הזה

מנהיגי פולחן כמו צ'רלס מנסון מנצלים את הצורך הפסיכולוגי הבסיסי הזה

Pinecones יכול לעזור לייעל בניינים בצורה אנרגטית יותר

Pinecones יכול לעזור לייעל בניינים בצורה אנרגטית יותר

מדענים עשו בדיוק עתה פריצת דרך לחיסון נגד מלריה

מדענים עשו בדיוק עתה פריצת דרך לחיסון נגד מלריה