Det är bara något spännande med att resa i höga hastigheter. Genom historien har människor alltid drivit sig själva att gå snabbare, till fots, på hästrygg, på en båt eller på en cykel.

Nästan varje helg, dagens hastighetsälskare kan leva vicariously genom att se sina favorit NASCAR-förare tävla runt banan i dödsförsvarande hastigheter.

Kanske är det spänningen i mängden eller kanske är det det ständiga hotet om fara som drar människor till sporten. Eller kanske är det vetenskapliga och tekniska bedrifter som drar till sig några åskådare. Som fysiker, Jag älskar att se alla fysikprinciper som visas under ett NASCAR -lopp.

Fart

NASCAR -förare reser med extremt höga hastigheter, över 200 miles i timmen. De accelererar så snabbt att det bara tar cirka 3 till 3,5 sekunder att gå från noll till 60 mph. Under denna acceleration, bilen måste utöva i genomsnitt 2, 600 kg horisontell kraft varje sekund mot spåret. Detta är jämförbart med bettkraften hos en stor amerikansk krokodil eller vad som skulle krävas för att lyfta en fullvuxen buffel.

Enligt Einsteins teori om särskild relativitetsteori, ju snabbare du rör dig genom rymden, ju långsammare din gång. Så det är rättvist att säga att hastighetsdemon NASCAR -förare åldras mycket mindre än vi andra. I slutet av ett 3,5 timmars lopp, förarna har åldrats cirka 0,5 nanosekunder mindre än åskådarna som stannade stilla. Om en förare sprang nonstop i 200 mph under de närmaste 50 åren, han skulle åldras 70 mikrosekunder mindre än vi andra.

Medan NASCAR -förare rör sig med otroligt snabba hastigheter jämfört med folkmassorna på läktarna, deras hastigheter är små jämfört med vad Einstein hade i åtanke - som hur snabbt ljus kan färdas, 670 miljoner mph. Relativitetseffekten på banan är liten, men det finns.

Banan

Så hur kan förare få dessa hastigheter?

När en bil går in i en sväng, den vill naturligtvis fortsätta i den riktning den ursprungligen gick. För att ändra riktning för att följa kurvan för det ovalformade spåret, en kraft måste tillämpas.

Den nödvändiga kraften kommer från friktionen mellan däcken och spåret. Friktion är sambandet mellan de två som hindrar dem från att glida mot varandra.

Så för förare är det en balansgång - de vill hålla pedalen mot metallen, men de kan inte gå så snabbt på en kurva att deras hastighet överväger den manövreringsförmåga som friktionen ger. Gå för snabbt och friktionen kanske inte räcker för att förhindra att bilen fortsätter i sin ursprungliga riktning och glider rakt in i väggen. Sakta ner för mycket och du hamnar efter tävlingen.

Hur banan är utformad kan hjälpa till här. Svängarna bankas, vilket betyder att de är högre på utsidan av banan och lägre mot mitten. En del av vägkraften som trycker upp mot bilen - vad fysiker kallar normalkraften - hjälper däckenas friktionskraft och hjälper bilen att ta sig runt svängen.

Banking i svängarna på några av de snabbaste racerbanorna är jämförbar med brantheten på en lekplatsrutschbana. Banking på Richmond International Raceway tillåter bilar att gå ungefär 1,3 gånger snabbare än de kunde utan bank. Större kurvor och högre bank, som de som ses på Daytona och Talladega, tillåta förarna att hålla en högre hastighet när de rundar dessa hörn.

Kraft

Kraft är ett mått på energi som omvandlas från en form till en annan under en viss tid. Bilracing i lager, denna omvandling är från den kemiska energin som lagras i bensin till rörelsens kinetiska energi.

En NASCAR -motor producerar cirka 750 hästkrafter (560 kW), som överstiger en liknande modellbil som toppar runt 300 hästkrafter. Under ett lopp, effektomvandlingen för en NASCAR -motorer är ungefär 500 gånger strömförbrukningen för det typiska amerikanska hushållet under samma tidsperiod.

Bilarnas kraft kommer från brinnande gas när motorn roterar. Rotationen av en NASCAR -motor är 3,5 gånger snabbare än en vanlig gatubil och mycket mer effektiv, så att den kan brinna snabbare och producera mer kraft.

Kollisioner

Med lagerbilarnas höga hastighet och kraft följer riskerna för farliga kollisioner. Några av de hårdaste krascherna i NASCAR registrerar runt 80 G -talet - det vill säga 80 gånger tyngdaccelerationen som håller dig till planeten. För perspektiv, nöjespark rider topp ut runt 6 G's.

Säkerhetselement försöker förlänga tiden, avstånd och yta över vilken en kollision äger rum i ett försök att sänka dessa höga krafter. Principen liknar det sätt att gradvis stoppa är mindre skakande än att slå på bromsarna eller hur en spikbädd sprider kroppens vikt över ett stort område mot att ligga på en enda spik.

SÄKRARE barriärer längs racerbanans yttervägg är gjorda för att smula ihop och sprida en kraschstyrka över ett stort område. Den främre änden av själva bilen är också gjord för att skrynkla, vilket förlänger tiden för påverkan.

Kolfiberstolar i bilen absorberar mer slagkraft jämfört med aluminiumsäten. De stabiliserar föraren genom att linda runt bröstkorgen och axlarna, och sprida slagkraften över ett större område.

En 5-punktssele kopplar föraren till bilen, sprider återigen påverkningsområdet. Det fäster också föraren till bilen, så han eller hon bromsar med den skrynkliga bilen i stället för att fortsätta framåt i full fart tills stöt.

Så nästa gång du går till spåret eller ställer in på TV, fundera på några av NASCAR:s fysik, liksom bidrag från forskare och ingenjörer som arbetar bakom kulisserna för att förbättra hastigheten, sportens kraft och säkerhet.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.