Simplemente hay algo emocionante en viajar a altas velocidades. A lo largo de la historia, las personas siempre se han esforzado por vaya más rápido, ya sea a pie, a caballo, en bote o en bicicleta.
Casi todos los fines de semana, los amantes de la velocidad de hoy pueden vivir indirectamente viendo a sus pilotos favoritos de NASCAR correr por la pista a velocidades que desafían a la muerte.
Tal vez sea la emoción en la multitud o tal vez sea la amenaza constante de peligro lo que atrae a las personas al deporte. O tal vez son las hazañas de la ciencia y la ingeniería las que atraen a algunos espectadores. Como fisico
Velocidad
Los conductores de NASCAR viajan a velocidades extremadamente altas, más de 200 millas por hora. Aceleran tan rápido que les lleva solo alrededor de 3 a 3.5 segundos pasar de cero a 60 mph. Durante esta aceleración, el automóvil debe ejercer un promedio de 2.600 libras de fuerza horizontal contra la pista. Esto es comparable a la fuerza de mordida de un gran cocodrilo americano o lo que se necesitaría para levantar un búfalo adulto.
Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, cuanto más rápido se mueva por el espacio, más lento será su paso del tiempo. Por lo tanto, es justo decir que los pilotos de Speed demon NASCAR envejecen un poquito menos que el resto de nosotros. Al final de una carrera de 3.5 horas, los conductores han envejecido aproximadamente 0.5 nanosegundos menos que los espectadores que se quedaron quietos. Si un conductor corriera sin parar a 200 mph durante los siguientes 50 años, envejecería 70 microsegundos menos que el resto de nosotros.
Mientras que los conductores de NASCAR se mueven a velocidades increíblemente rápidas en comparación con las multitudes en las gradas, sus velocidades son pequeñas en comparación con lo que Einstein tenía en m ente, como la velocidad a la que puede viajar la luz, 670 millones de mph. El efecto de la relatividad en la pista es pequeño, pero existe.
La pista
Entonces, ¿cómo pueden los conductores obtener estas velocidades?
Cuando un automóvil entra en una curva, naturalmente quiere continuar en la dirección en la que originalmente iba. Para cambiar la dirección para seguir la curva de la pista de forma ovalada, se debe aplicar una fuerza.
La fuerza necesaria proviene de la fricción entre los neumáticos y la pista. Fricción es la conexión entre los dos que les impide deslizarse uno contra el otro.
Entonces, para los conductores, es un acto de equilibrio: quieren mantener el pedal pegado al metal, pero no pueden ir tan rápido en una curva que su velocidad supere la capacidad de maniobra proporcionada por la fricción. Vaya demasiado rápido y la fricción puede no ser suficiente para evitar que el automóvil continúe en su dirección original y se deslice directamente hacia la pared. Disminuya la velocidad demasiado y se quedará atrás de la competencia.
La forma en que está diseñada la pista puede ayudar aquí. Los giros son inclinados, lo que significa que son más altos en el exterior de la pista y más bajos hacia el centro. Parte de la fuerza de la carretera empujando hacia arriba en el automóvil, lo que los físicos llaman fuerza normal: Ayuda a la fuerza de fricción de los neumáticos y ayuda al automóvil a dar la vuelta.
Banca en las curvas en algunas de las pistas de carreras más rápidas es comparable a la inclinación de un tobogán de juegos. Banca en el Richmond International Raceway permite que los autos vayan aproximadamente 1.3 veces más rápido de lo que podrían sin la banca Las curvas más grandes y la banca más alta, como las que se ven en Daytona y Talladega, permiten a los conductores mantener una mayor velocidad a medida que rodean esas curvas.
Poder
El poder es una medida de energía convertida de una forma a otra en un período de tiempo determinado. En las carreras de autos, esta conversión es de la energía química almacenada en la gasolina a la energía cinética del movimiento.
UNA El motor NASCAR produce alrededor de 750 (caballos de fuerza) (https://www.popsci.com/what-is-horsepower/) (560 kW), que supera un modelo similar de tranvía que supera 300 caballos de fuerza. Durante una carrera, la conversión de potencia de un motor NASCAR es aproximadamente 500 veces el uso de energía del hogar americano típico durante el mismo período de tiempo.
La potencia de los automóviles proviene de la quema de gas cuando el motor gira. La rotación de un motor NASCAR es 3.5 veces más rápida que la de un tranvía estándar y mucho más eficiente, lo que le permite quemar más rápido y producir más potencia.
Colisiones
Con la alta velocidad y potencia de los autos de serie, se corre el riesgo de colisiones peligrosas. Algunos de los accidentes más difíciles en NASCAR registre alrededor de 80 G, es decir, 80 veces la aceleración de la gravedad que lo mantiene en el planeta. Para la perspectiva, los juegos del parque de atracciones superan las 6 G's.
Los elementos de seguridad intentan extender el tiempo, la distancia y el área sobre la cual se produce cualquier colisión en un esfuerzo por reducir estas altas fuerzas. El principio es similar a la forma en que se detiene gradualmente es menos desagradable que golpear los frenos o la forma en que un lecho de uñas extiende el peso de su cuerpo sobre un área grande en lugar de acostarse sobre una sola uña.
Barreras más seguras a lo largo de la pared exterior de la pista de carreras están hechas para arrugarse y disipar la fuerza de un choque sobre un área grande. La parte delantera del automóvil también se arruga, lo que prolonga el tiempo del impacto.
Los asientos de fibra de carbono en el automóvil absorben más energía de impacto en comparación con los asientos de aluminio. Estabilizan al conductor envolviendo la caja torácica y los hombros, y extienden la fuerza del impacto sobre un área más grande.
Un arnés de 5 puntos conecta al conductor con el automóvil y una vez más extiende el área de impacto. También conecta al conductor al automóvil, por lo que él o ella disminuye la velocidad con el automóvil en ruinas en lugar de continuar hacia adelante a toda velocidad hasta el impacto.
Entonces, la próxima vez que vaya a la pista o sintonice la televisión, reflexione sobre la física de NASCAR, así como las contribuciones de científicos e ingenieros que trabajan detrás de escena para mejorar la velocidad, la potencia y la seguridad del deporte.
Christine Helms es profesora asistente de física, Universidad de Richmond. Este artículo fue presentado originalmente en La conversación.