Hay algo emocionante en viajar a alta velocidad. A lo largo de la historia, la gente siempre se ha esforzado por ir más rápido, ya sea a pie, a caballo, en barco o en bicicleta.

Casi todos los fines de semana Los amantes de la velocidad de hoy pueden vivir indirectamente al ver a sus pilotos favoritos de NASCAR correr por la pista a velocidades que desafían a la muerte.

Tal vez sea la emoción de la multitud o tal vez sea la constante amenaza de peligro lo que atrae a la gente al deporte. O tal vez sean las hazañas de la ciencia y la ingeniería las que atraen a algunos espectadores. Como físico, Me encanta ver todos los principios de la física expuestos durante una carrera de NASCAR.

Velocidad

Los conductores de NASCAR viajan a velocidades extremadamente altas, más de 200 millas por hora. Aceleran tan rápido que solo les toma alrededor de 3 a 3,5 segundos para pasar de cero a 60 mph. Durante esta aceleración, el coche debe ejercer un promedio de 2, 600 libras de fuerza horizontal cada segundo 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 te muevas por el espacio, cuanto más lento sea el paso del tiempo. Así que es justo decir que los pilotos de NASCAR, demonios de la velocidad, envejecen un poquito menos que el resto de nosotros. Al final de una carrera de 3,5 horas, los conductores han envejecido alrededor de 0,5 nanosegundos menos que los espectadores que se quedaron quietos. Si un conductor corrió sin parar a 200 mph durante los próximos 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 mente, como qué tan rápido 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 estaba yendo originalmente. Para cambiar de 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. La fricción es la conexión entre los dos que evita que se deslicen entre sí.

Así que para los conductores es un acto de equilibrio:quieren mantener el pedal a fondo, 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. Reduzca la velocidad demasiado y se quedará atrás de la competencia.

La forma en que está diseñada la pista puede ayudar aquí. Los giros están peraltados, 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 que empuja hacia arriba 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.

La inclinación en los giros en algunas de las pistas de carreras más rápidas es comparable a la inclinación de un tobogán de juegos. Las operaciones bancarias en Richmond International Raceway permiten que los autos vayan aproximadamente 1.3 veces más rápido de lo que podrían hacerlo sin operaciones bancarias. Curvas más grandes y banqueo más alto, como los vistos en Daytona y Talladega, Permita que los conductores mantengan una velocidad más alta al dar la vuelta a 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 stock car, esta conversión es de la energía química almacenada en la gasolina a la energía cinética del movimiento.

Un motor NASCAR produce alrededor de 750 caballos de fuerza (560 kW), que supera a un modelo de coche de calle similar que alcanza un máximo de alrededor de 300 caballos de fuerza. Durante una carrera, la conversión de energía de los motores NASCAR es aproximadamente 500 veces el uso de energía de un hogar estadounidense típico durante el mismo período de tiempo.

La potencia de los coches proviene de la quema de gas a medida que gira el motor. La rotación de un motor NASCAR es 3,5 veces más rápida que la de un tranvía estándar y mucho más eficiente. permitiendo que se queme más rápidamente y produzca más energía.

Colisiones

Con la alta velocidad y la potencia de los autos stock, surgen riesgos de colisiones peligrosas. Algunos de los choques más duros en NASCAR registran alrededor de 80 G, es decir, 80 veces la aceleración de la gravedad que te mantiene al planeta. Para tener perspectiva las atracciones del parque de atracciones superan alrededor de 6 G's.

Los elementos de seguridad intentan alargar el tiempo, distancia y área sobre la que tiene lugar cualquier colisión en un esfuerzo por reducir estas fuerzas elevadas. El principio es similar a la forma en que detenerse gradualmente es menos discordante que pisar los frenos o la forma en que un lecho de clavos distribuye el peso de su cuerpo sobre un área grande en lugar de estar acostado sobre una sola uña.

Las barreras MÁS SEGURAS a lo largo de la pared exterior de la pista de carreras están diseñadas para arrugarse y disipar la fuerza de un choque en un área grande. La parte delantera del coche también está hecha para arrugarse, lo que prolonga el tiempo de impacto.

Los asientos de fibra de carbono del automóvil absorben más energía de impacto en comparación con los asientos de aluminio. Estabilizan al conductor envolviendo la caja torácica y los hombros, y distribuya la fuerza del impacto sobre un área más grande.

Un arnés de 5 puntos conecta al conductor con el automóvil, una vez más extendiendo la zona de impacto. También une al conductor al automóvil, por lo que reduce la velocidad con el automóvil que se arruga en lugar de seguir adelante a toda velocidad hasta el impacto.

Así que la próxima vez que vayas a la pista o sintonices la televisión, reflexionar sobre la física de NASCAR, así como las contribuciones de científicos e ingenieros que trabajan entre bastidores para mejorar la velocidad, poder y seguridad del deporte.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.