Il y a juste quelque chose d'excitant à voyager à grande vitesse. Tout au long de l'histoire, les gens se sont toujours poussés à aller plus vite, que ce soit à pied, à cheval, sur un bateau ou sur un vélo.

Presque tous les week-ends, les amateurs de vitesse d'aujourd'hui peuvent vivre par procuration en regardant leurs pilotes NASCAR préférés courir autour de la piste à des vitesses défiant la mort.

Peut-être que c'est l'excitation dans la foule ou peut-être que c'est la menace constante du danger qui attire les gens vers le sport. Ou peut-être que ce sont les exploits de la science et de l'ingénierie qui attirent certains spectateurs. En tant que physicien, J'aime voir tous les principes de physique exposés lors d'une course NASCAR.

La vitesse

Les pilotes NASCAR voyagent à des vitesses extrêmement élevées, plus de 200 milles à l'heure. Ils accélèrent si vite qu'il ne leur faut que 3 à 3,5 secondes environ pour passer de zéro à 60 mph. Au cours de cette accélération, la voiture doit exercer une moyenne de 2, 600 lb de force horizontale par seconde contre le rail. C'est comparable à la force de morsure d'un gros crocodile américain ou à ce qu'il faudrait pour soulever un buffle adulte.

Selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, plus vite vous vous déplacez dans l'espace, plus le temps passe lentement. Il est donc juste de dire que les pilotes NASCAR démoniaques de la vitesse vieillissent un tout petit peu moins que le reste d'entre nous. Au terme d'une course de 3h30, les conducteurs ont vieilli environ 0,5 nanoseconde de moins que les spectateurs qui sont restés immobiles. Si un conducteur a couru sans escale à 200 mph pendant les 50 prochaines années, il vieillirait 70 microsecondes de moins que le reste d'entre nous.

Alors que les pilotes NASCAR se déplacent à des vitesses incroyablement rapides par rapport à la foule dans les tribunes, leurs vitesses sont faibles par rapport à ce qu'Einstein avait en tête, comme la vitesse à laquelle la lumière peut voyager, 670 millions de mph. L'effet de la relativité sur la piste est faible, mais ça existe.

La piste

Alors, comment les conducteurs peuvent-ils obtenir ces vitesses ?

Comme une voiture entre dans un virage, il veut naturellement continuer dans la direction qu'il prenait à l'origine. Pour changer de direction pour suivre la courbe de la piste ovale, une force doit être appliquée.

La force nécessaire provient de la friction entre les pneus et la piste. Le frottement est le lien entre les deux qui les empêche de glisser l'un contre l'autre.

Donc, pour les conducteurs, c'est un exercice d'équilibre :ils veulent garder la pédale au pied, mais ils ne peuvent pas aller si vite dans une courbe que leur vitesse surpasse la capacité de manœuvre fournie par la friction. Allez trop vite et le frottement peut ne pas être suffisant pour empêcher la voiture de continuer dans sa direction d'origine et de glisser tout droit dans le mur. Ralentissez trop et vous prenez du retard sur la concurrence.

La façon dont la piste est conçue peut aider ici. Les virages sont relevés, ce qui signifie qu'ils sont plus hauts à l'extérieur de la piste et plus bas vers le centre. Une partie de la force de la route qui pousse sur la voiture – ce que les physiciens appellent la force normale – assiste la force de friction des pneus et aide la voiture à tourner.

L'inclinaison des virages sur certaines des pistes de course les plus rapides est comparable à la pente d'un toboggan de terrain de jeu. La banque à Richmond International Raceway permet aux voitures d'aller environ 1,3 fois plus vite qu'elles ne le pourraient sans banque. Des courbes plus larges et une inclinaison plus élevée, comme ceux vus à Daytona et Talladega, permettre aux conducteurs de maintenir une vitesse plus élevée dans ces virages.

Puissance

La puissance est une mesure de l'énergie convertie d'une forme à une autre dans un laps de temps défini. Dans les courses de stock car, cette conversion passe de l'énergie chimique stockée dans l'essence à l'énergie cinétique du mouvement.

Un moteur NASCAR produit environ 750 chevaux (560 kW), qui dépasse un modèle similaire de tramway qui dépasse environ 300 chevaux. Lors d'une course, la conversion de puissance d'un moteur NASCAR est d'environ 500 fois la consommation électrique d'un ménage américain typique au cours de la même période.

La puissance des voitures provient de la combustion du gaz lorsque le moteur tourne. La rotation d'un moteur NASCAR est 3,5 fois plus rapide qu'un tramway standard et beaucoup plus efficace, lui permettant de brûler plus rapidement et de produire plus de puissance.

Collisions

La vitesse et la puissance élevées des stock cars entraînent des risques de collisions dangereuses. Certains des accidents les plus durs en NASCAR enregistrent environ 80 G, c'est-à-dire 80 fois l'accélération de la gravité qui vous retient sur la planète. Pour le point de vue, les manèges du parc d'attractions dépassent les 6 G.

Les éléments de sécurité tentent de prolonger le temps, distance et zone sur lesquelles toute collision a lieu dans le but de réduire ces forces élevées. Le principe est similaire à la façon dont l'arrêt progressif est moins choquant que de claquer sur les freins ou la façon dont un lit de clous répartit le poids de votre corps sur une grande surface plutôt que de s'allonger sur un seul clou.

Les barrières PLUS SRES le long du mur extérieur de la piste de course sont conçues pour se froisser et dissiper la force d'un accident sur une grande surface. L'avant de la voiture elle-même est également fait pour se froisser, ce qui prolonge le temps d'impact.

Les sièges en fibre de carbone de la voiture absorbent plus d'énergie d'impact que les sièges en aluminium. Ils stabilisent le conducteur en s'enroulant autour de la cage thoracique et des épaules, et répartir la force d'impact sur une plus grande surface.

Un harnais 5 points relie le conducteur à la voiture, étendant à nouveau la zone d'impact. Il attache également le conducteur à la voiture, alors il ou elle ralentit avec la voiture qui s'effondre plutôt que de continuer à avancer à pleine vitesse jusqu'à l'impact.

Alors la prochaine fois que vous vous dirigerez vers la piste ou que vous vous connecterez à la télévision, méditer sur la physique de NASCAR, ainsi que les contributions de scientifiques et d'ingénieurs travaillant en coulisses pour améliorer la vitesse, la puissance et la sécurité du sport.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.