NASCAR Merupakan Cara Tercepat Untuk Mempelajari Fisika – Ada sesuatu yang mendebarkan saat bepergian dengan kecepatan tinggi. Sepanjang sejarah, orang selalu mendorong dirinya untuk melaju lebih cepat, baik dengan berjalan kaki, menunggang kuda, di atas perahu, atau di atas sepeda.
Hampir setiap akhir pekan, pecinta kecepatan saat ini dapat menikmati hidup dengan menonton pembalap NASCAR favorit mereka berlomba di trek dengan kecepatan yang sangat tinggi.
Mungkin kegembiraan dalam kerumunan atau mungkin itu ancaman bahaya yang terus-menerus menarik orang ke olahraga. Atau mungkin prestasi sains dan teknik yang menarik perhatian beberapa penonton. Sebagai fisikawan, saya senang melihat semua prinsip fisika dipamerkan selama perlombaan NASCAR.
Kecepatan
Pengemudi NASCAR berjalan dengan kecepatan yang sangat tinggi, lebih dari 200 mil per jam. Mereka berakselerasi begitu cepat sehingga hanya membutuhkan sekitar 3 hingga 3,5 detik untuk bergerak dari nol hingga 60 mph. Selama akselerasi ini, mobil harus mengerahkan rata-rata 2.600 pon gaya horizontal terhadap lintasan. Ini sebanding dengan kekuatan gigitan buaya Amerika yang besar atau apa yang diperlukan untuk mengangkat kerbau dewasa.
Menurut teori relativitas khusus Einstein, semakin cepat Anda bergerak di ruang angkasa, semakin lambat waktu Anda. Jadi adil untuk mengatakan bahwa pengemudi NASCAR setan kecepatan menua sedikit lebih sedikit daripada kita semua. Di akhir perlombaan 3,5 jam, usia pembalap sekitar 0,5 nanodetik lebih sedikit dari penonton yang diam. Jika seorang pengemudi membalap tanpa henti dengan kecepatan 200 mph selama 50 tahun ke depan, usianya akan 70 mikrodetik lebih sedikit dari kita semua.
Sementara pengemudi NASCAR bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi dibandingkan dengan orang banyak di tribun, kecepatan mereka kecil dibandingkan dengan apa yang ada dalam pikiran Einstein seperti seberapa cepat cahaya dapat bergerak, 670 juta mph. Efek relativitas pada lintasan kecil, tapi memang ada.
Jalanan
Jadi bagaimana pengemudi bisa mendapatkan kecepatan ini? Saat mobil memasuki belokan, secara alami ia ingin melanjutkan ke arah semula. Untuk mengubah arah mengikuti lekukan pada lintasan berbentuk oval, gaya harus diterapkan. Gaya yang diperlukan berasal dari gesekan antara ban dan lintasan. Gesekan adalah hubungan antara keduanya yang mencegah keduanya bergeser satu sama lain.
Jadi bagi pengemudi, ini adalah tindakan penyeimbangan mereka ingin menjaga pedal tetap pada logam, tetapi mereka tidak dapat melaju terlalu cepat di tikungan sehingga kecepatan mereka melebihi kemampuan manuver yang disebabkan oleh gesekan. Lakukan terlalu cepat dan gesekan mungkin tidak cukup untuk mencegah mobil melanjutkan ke arah aslinya dan meluncur lurus ke dinding. Memperlambat terlalu banyak dan Anda tertinggal dalam persaingan.
Cara trek dirancang dapat membantu di sini. Belokannya berbelok, artinya lebih tinggi di luar trek dan lebih rendah ke tengah. Bagian dari gaya jalan yang mendorong mobil yang oleh fisikawan disebut gaya normal membantu gaya gesek ban dan membantu mobil memutari belokan.
Berbelok di belokan di beberapa trek balap tercepat sebanding dengan kecuraman seluncuran taman bermain. Perbankan di Richmond International Raceway memungkinkan mobil melaju sekitar 1,3 kali lebih cepat daripada tanpa perbankan. Kurva yang lebih besar dan perbankan yang lebih tinggi, seperti yang terlihat di Daytona dan Talladega, memungkinkan pengemudi untuk mempertahankan kecepatan yang lebih tinggi saat mereka melewati tikungan tersebut.
Kekuasaan
Daya adalah ukuran energi yang diubah dari satu bentuk ke bentuk lain dalam waktu tertentu. Dalam balap mobil stok, konversi ini dari energi kimia yang disimpan dalam bensin menjadi energi kinetik gerak.
Mesin NASCAR menghasilkan sekitar 750 tenaga kuda (560 kW), yang melebihi model mobil jalanan serupa yang mencapai sekitar 300 tenaga kuda. Selama perlombaan, konversi daya mesin NASCAR sekitar 500 kali penggunaan daya rumah tangga Amerika pada umumnya selama periode waktu yang sama.
Tenaga mobil berasal dari pembakaran gas saat mesin berputar. Rotasi mesin NASCAR 3,5 kali lebih cepat daripada mobil jalanan standar dan jauh lebih efisien, memungkinkannya untuk membakar lebih cepat dan menghasilkan lebih banyak tenaga.
Tabrakan
Dengan kecepatan tinggi dan kekuatan mobil stok, ada risiko tabrakan berbahaya. Beberapa tabrakan terberat dalam NASCAR tercatat sekitar 80 G yaitu, 80 kali percepatan gravitasi yang menahan Anda ke planet ini. Untuk perspektif, wahana taman hiburan di atas sekitar 6 G.
Elemen keselamatan mencoba untuk memperpanjang waktu, jarak dan area di mana setiap tabrakan terjadi dalam upaya untuk menurunkan gaya tinggi ini. Prinsipnya mirip dengan cara berhenti secara bertahap yang tidak terlalu mengejutkan daripada menginjak rem atau cara paku menyebarkan beban tubuh Anda ke area yang luas versus berbaring di satu paku.
Penghalang yang lebih AMAN di sepanjang dinding luar trek balap dibuat untuk meruntuhkan dan menghilangkan kekuatan tabrakan di area yang luas. Bagian depan mobil itu sendiri juga dibuat remuk, sehingga memperpanjang waktu benturan.
Kursi serat karbon di dalam mobil menyerap energi benturan lebih banyak dibandingkan dengan jok aluminium. Mereka menstabilkan pengemudi dengan membungkus tulang rusuk dan bahu, dan menyebarkan kekuatan tumbukan ke area yang lebih luas.
Harness 5 titik menghubungkan pengemudi ke mobil, sekali lagi menyebarkan area benturan. Ini juga menempelkan pengemudi ke mobil, jadi ia memperlambat mobil yang remuk daripada terus maju dengan kecepatan penuh sampai benturan. Jadi, lain kali Anda pergi ke trek atau menonton di TV, renungkan beberapa fisika NASCAR, serta kontribusi ilmuwan dan insinyur yang bekerja di belakang layar untuk meningkatkan kecepatan, kekuatan, dan keamanan olahraga.