Há algo de emocionante em viajar em alta velocidade. Ao longo da história, as pessoas sempre se esforçaram para ir mais rápido, seja a pé, a cavalo, em um barco ou de bicicleta.

Quase todo fim de semana, os amantes da velocidade de hoje podem viver indiretamente observando seus pilotos favoritos da NASCAR correndo pela pista em velocidades que desafiam a morte.

Talvez seja a empolgação da multidão ou talvez seja a constante ameaça de perigo que atrai as pessoas para o esporte. Ou talvez sejam os feitos da ciência e da engenharia que atraem alguns espectadores. Como físico, Adoro ver todos os princípios da física em exibição durante uma corrida da NASCAR.

Velocidade

Os motoristas da NASCAR viajam em velocidades extremamente altas, mais de 200 milhas por hora. Eles aceleram tão rapidamente que leva apenas cerca de 3 a 3,5 segundos para ir de zero a 60 mph. Durante esta aceleração, o carro deve exercer uma média de 2, 600 libras de força horizontal a cada segundo contra a pista. Isso é comparável à força de mordida de um grande crocodilo americano ou o que seria necessário para levantar um búfalo adulto.

De acordo com a teoria da relatividade especial de Einstein, quanto mais rápido você se move pelo espaço, mais lenta será a passagem do tempo. Portanto, é justo dizer que os motoristas da NASCAR do demônio da velocidade envelhecem um pouco menos do que o resto de nós. No final de uma corrida de 3,5 horas, os motoristas envelheceram cerca de 0,5 nanossegundos a menos do que os espectadores que ficaram parados. Se um motorista correu sem parar a 320 km / h pelos próximos 50 anos, ele envelheceria 70 microssegundos menos do que o resto de nós.

Enquanto os motoristas da NASCAR estão se movendo em velocidades incrivelmente rápidas em comparação com as multidões nas arquibancadas, suas velocidades são pequenas em comparação com o que Einstein tinha em mente, como a velocidade com que a luz pode viajar, 670 milhões de mph. O efeito da relatividade na pista é pequeno, mas existe.

A pista

Então, como os motoristas podem obter essas velocidades?

Quando um carro entra em uma curva, naturalmente deseja continuar na direção em que estava indo originalmente. Para mudar de direção para seguir a curva da trilha oval, uma força deve ser aplicada.

A força necessária vem do atrito entre os pneus e a pista. O atrito é a conexão entre os dois que os impede de deslizarem um contra o outro.

Portanto, para os motoristas é um ato de equilíbrio - eles querem manter o pedal no acelerador, mas eles não podem ir tão rápido em uma curva que sua velocidade supere a capacidade de manobra fornecida pelo atrito. Vá rápido demais e o atrito pode não ser suficiente para impedir que o carro continue em sua direção original e deslize direto contra a parede. Diminua muito a velocidade e você ficará para trás em relação à concorrência.

A forma como a pista foi projetada pode ajudar aqui. As curvas são inclinadas, o que significa que eles são mais altos do lado de fora da pista e mais baixos em direção ao centro. Parte da força da estrada empurrando o carro - o que os físicos chamam de força normal - auxilia na força de atrito dos pneus e ajuda o carro a fazer a curva.

Fazer curvas nas curvas em algumas das pistas de corrida mais rápidas é comparável à inclinação de um escorregador de playground. O sistema bancário no Richmond International Raceway permite que os carros andem cerca de 1,3 vezes mais rápido do que sem o sistema bancário. Curvas maiores e inclinação mais alta, como aqueles vistos em Daytona e Talladega, permitir que os motoristas mantenham uma velocidade mais alta ao contornar essas curvas.

Poder

Potência é uma medida de energia convertida de uma forma para outra em um determinado período de tempo. Nas corridas de stock car, essa conversão é da energia química armazenada na gasolina para a energia cinética do movimento.

Um motor NASCAR produz cerca de 750 cavalos (560 kW), que excede um modelo semelhante de carro de rua que atinge cerca de 300 cavalos de potência. Durante uma corrida, a conversão de energia de um motor NASCAR é cerca de 500 vezes o uso de energia de uma casa típica americana durante o mesmo período de tempo.

A energia dos carros vem da queima de gás enquanto o motor gira. A rotação de um motor NASCAR é 3,5 vezes mais rápida do que um carro de rua padrão e muito mais eficiente, permitindo que entre em combustão mais rapidamente e produza mais energia.

Colisões

Com a alta velocidade e potência dos stock cars, vêm os riscos de colisões perigosas. Alguns dos travamentos mais difíceis na NASCAR registram-se em torno de 80 G, ou seja, 80 vezes a aceleração da gravidade que o mantém no planeta. Para perspectiva, os passeios em parques de diversões chegam a cerca de 6 mil dólares.

Elementos de segurança tentam estender o tempo, distância e área sobre a qual ocorre qualquer colisão em um esforço para reduzir essas forças elevadas. O princípio é semelhante ao modo como parar gradualmente é menos chocante do que pisar no freio ou a maneira como uma cama de pregos distribui o peso do seu corpo por uma grande área versus ficar deitado sobre um único prego.

Barreiras SAFER ao longo da parede externa da pista de corrida são feitas para se dobrar e dissipar a força de uma colisão em uma grande área. A frente do próprio carro também é feita para dobrar, que estende o tempo do impacto.

Os assentos de fibra de carbono do carro absorvem mais energia de impacto em comparação com os assentos de alumínio. Eles estabilizam o motorista ao envolver a caixa torácica e os ombros, e espalhar a força de impacto por uma área maior.

Um arnês de 5 pontos conecta o motorista ao carro, mais uma vez espalhando a área de impacto. Ele também conecta o motorista ao carro, então ele ou ela desacelera com o carro amassado, em vez de continuar em frente a toda velocidade até o impacto.

Então, da próxima vez que você for para a música ou sintonizar na TV, pondere um pouco da física da NASCAR, bem como as contribuições de cientistas e engenheiros que trabalham nos bastidores para melhorar a velocidade, potência e segurança do esporte.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.