https://bodybydarwin.com
Slider Image

NASCAR võib olla kiireim tee füüsika õppimiseks

2020

Suurel kiirusel reisimisel on lihtsalt midagi põnevat. Ajaloo vältel on inimesed alati julgustanud kiiremini minema, kas jalgsi, hobuse seljas, paadis või jalgrattal.

Peaaegu igal nädalavahetusel saavad tänapäeva kiirussõbrad elada erinevalt, jälgides, kuidas nende NASCARi lemmikjuhid võistlevad rajal ümber surma trotsivas kiiruses.

Võib-olla on see rahvamassi elevus või võib-olla on see pidev ohu oht, mis tõmbab inimesi sportima. Või on selle teaduse ja inseneriteaduse valupunktid, mis tõmbavad osa pealtvaatajaid sisse. Füüsikuna meeldib mulle NASCARi võistluse ajal näha kõiki füüsika põhimõtteid.

NASCAR-i juhid sõidavad äärmiselt suure kiirusega, üle 200 miili tunnis. Need kiirenevad nii kiiresti, et nullist 60 miili tunnis liikumiseks kulub neil vaid umbes 3–3, 5 sekundit. Selle kiirenduse ajal peab auto avaldama rööpale keskmiselt 2600 naela horisontaalset jõudu. See on võrreldav suure ameerika krokodilli hammustusjõuga või sellega, mis kuluks täis kasvanud pühvli tõstmiseks.

Einsteini erirelatiivsusteooria kohaselt on kiirem, mida kiiremini kosmosest läbi liikuda, mida aeglasem on teie aeg. Seega on õiglane öelda, et kiirusedeemoni NASCARi autojuhid vanusevad meie pisikestest pisut vähem. Pärast 3, 5-tunnise võistluse lõppu on autojuhid vanuses umbes 0, 5 nanosekundit vähem kui pealtvaatajad, kes paigal püsisid. Kui juht võistelks järgmise 50 aasta jooksul pidevalt kiirusel 200 miili tunnis, vananeks ta 70 mikrosekundit vähem kui meie ülejäänud.

Kui NASCAR-i juhid liiguvad tribüünide rahvahulgaga võrreldes uskumatult suure kiirusega, on nende kiirus väike, võrreldes sellega, mida Einstein silmas pidas - näiteks kui kiire valgus võib liikuda, 670 miljonit miili tunnis. Relatiivsustegur rajal on väike, kuid see on olemas.

Niisiis, kuidas juhid suudavad neid kiirusi saavutada?

Kui auto siseneb pöördele, soovib ta loomulikult jätkata selles suunas, kuhu ta algselt läks. Suuna muutmiseks ovaalse kujuga kõvera järgimiseks tuleb rakendada jõudu.

Vajalik jõud tuleb rehvide ja roomiku hõõrdumisest. Hõõrdumine on ühendus nende kahe vahel, mis takistab neil üksteise vastu libisemist.

Nii et autojuhtide jaoks on see tasakaalustamistoiming - nad tahavad hoida pedaali metalli juures, kuid nad suudavad kurvil nii kiiresti liikuda, et nende kiirus ületab hõõrdumisega kaasneva manööverdamisvõime. Minge liiga kiiresti ja hõõrdumine ei pruugi olla piisav, et takistada auto jätkamist algses suunas ja libiseda otse seina. Aeglustage liiga palju ja jääte võistlusest maha.

Raja kujundamise viis võib siin aidata. Pöörded on kaldu, mis tähendab, et nad asuvad raja välisküljel kõrgemal ja keskpunkti poole madalamal. Osa autole üles suruvat maanteejõudu mida füüsikud nimetavad tavajõuks, abistab rehvide hõõrdejõud ja aitab autol seda pöörde ümber teha.

Mõnel kiireimal võistlusrajal pöörde sooritamine on võrreldav mänguväljaku liugtee järsusega. Pangandus Richmondi rahvusvahelisel võidusõidurajal võimaldab autodel minna umbes 1, 3 korda kiiremini kui ilma panganduseta. Suuremad kurvid ja kõrgem kaldenurk, nagu näiteks Daytonas ja Talladega, võimaldavad autojuhtidel nurkadest ümardades säilitada suuremat kiirust.

Võimsus on energia suurus, mis on teisendatud vormilt teisele määratud aja jooksul. Sõiduautode võidusõidul toimub see muundamine bensiinis talletatavast keemilisest energiast liikumise kineetiliseks energiaks.

NASCARi mootor toodab umbes 750 hobujõudu (https://www.popsci.com/what-is-horsepower/) (560 kW), mis ületab sarnase mudeli tänavaauto, mis ületab umbes 300 hobujõudu. Võistluse ajal on NASCAR-mootori võimsuse muundamine umbes 500-kordne tavalise Ameerika leibkonna tarbitav energia sama aja jooksul.

Autode võimsus tuleb gaasi põletamisel mootori pöörlemisel. NASCAR-mootori pöörlemine on tavalisest tänavaautost 3, 5 korda kiirem ja palju tõhusam, võimaldades sel kiiremini põleda ja toota rohkem energiat.

Suure varu kiiruse ja võimsuse tõttu satuvad autod ohtlike kokkupõrgete ohtu. Mõned raskemad õnnetused NASCARis registreerivad umbes 80 G, see tähendab 80-kordselt raskuskiirenduse, mis hoiab teid planeedil. Perspektiiviks võib öelda, et lõbustuspark sõidab 6 G ümber.

Turvaelemendid püüavad pikendada kokkupõrke toimumise aega, kaugust ja pindala, et neid suuri jõude alandada. Põhimõte sarnaneb sellega, kuidas järk-järgult peatuseni jõudmine on vähem jarutav kui piduritele kallamine või viis, kuidas küüntepõhi jaotab teie keha raskuse suurele alale, võrreldes ühe küünega lamamisega.

SAFER tõkked mööda võistlusraja välisseina on tehtud selleks, et kokkupõrke jõud suurele alale mureneda ja hajutada. Auto esiosa on samuti murenenud, mis pikendab kokkupõrke aega.

Autos olevad süsinikkiust istmed neelavad alumiiniumistmetega rohkem löögienergiat. Need stabiliseerivad juhi, mähkides ümber ribi puuri ja õlad, ja jaotavad löögijõu suuremale alale.

5-punktilised rakmed ühendavad juhi autoga, levitades taas löögipiirkonda. See seob juhi ka autoga, nii et ta aeglustab kortsutava autoga, selle asemel et täiskäigul edasi liikuda.

Nii et järgmine kord, kui suundute rajale või häälestate teleris, mõelge mõnele NASCARi füüsikale ning ka kulisside taga töötavate teadlaste ja inseneride panusele spordi kiiruse, võimsuse ja ohutuse parandamiseks.

Christine Helms on Richmondi ülikooli füüsika abiprofessor. See artikkel oli algselt kajastatud teemal The Conversation.

Millal ja kuidas kustusid dinosaurused?

Millal ja kuidas kustusid dinosaurused?

Ärge ostke varastatud esemeid. Siit saate teada, kuidas teaduslikke mälestusesemeid eetiliselt koguda

Ärge ostke varastatud esemeid. Siit saate teada, kuidas teaduslikke mälestusesemeid eetiliselt koguda

20 kasulikku Amazon Echo häälkäsklust, mida saate proovida

20 kasulikku Amazon Echo häälkäsklust, mida saate proovida