高速旅行令人兴奋，纵观历史，人们总是督促自己走得更快，无论是步行、骑马、坐船还是骑自行车。几乎每个周末，今天的赛车爱好者都可以通过观看他们最喜爱的纳斯卡赛车手，以惊人的速度在赛道上比赛来代替现实生活。也许是人群中的兴奋，也许是不断的危险威胁吸引人们来参加这项运动。或许是科学和工程的成就吸引了一些观众。作为一个物理学家，我喜欢在纳斯卡比赛中看到所有的物理原理。
速度与激情
纳斯卡车手的速度非常高，超过320千米每小时，赛车速度非常快，从零加速到100千米每小时只需要3到3.5秒。在加速过程中，赛车每秒必须对赛道施加平均2600磅的水平力，这相当于一条美洲大鳄鱼的咬合力，或者一头成年水牛的咬合力。根据爱因斯坦的狭义相对论，你在空间中运动得越快，你的时间流逝就越慢。所以，可以说，赛车手比我们其他人的年龄要小得多，在3.5小时的比赛结束时，车手的年龄比静止的观众小0.5纳秒。
如果一个司机在接下来的50年里以每小时320千米的速度不停地奔跑，那么他的年龄将比我们其他人小70微秒。尽管与看台上的观众相比，纳斯卡车手的速度快得令人难以置信，但与爱因斯坦的想法相比，他们的速度却微不足道——比如光速可以达到30万千米每秒，相对论在轨道上的影响很小，但它确实存在。
赛道
那么驾驶员如何才能获得这些速度呢？当一辆汽车进入转弯时，它自然会想要继续沿着原来的方向行驶。要改变方向，使其沿着椭圆形轨道的曲线运动，必须施加一个力。必要的力来自于轮胎和跑道之间的摩擦力，摩擦是两者之间的联系，防止它们互相滑动。所以对于车手来说，这是一个平衡的过程——他们想要把踏板固定在金属上，但他们不能在弯道上跑得太快，以至于速度超过了摩擦力提供的操纵能力。
速度太快，摩擦力可能不足以阻止汽车继续沿着原来的方向滑行，并直接撞到墙上，但慢下来太多，就会落后于竞争对手。赛道的设计方式可以帮助解决这个问题。转弯是倾斜的，这意味着他们在赛道外更高，在中心更低。路面向上推汽车的部分力（物理学家称之为法向力）帮助轮胎的摩擦力，并帮助汽车转弯。在一些速度最快的赛道上转弯就像游乐场滑梯的陡度。更大的弯道和更高的坡度，就像在代托纳和塔拉迪加看到的那样，能让车手在转弯时保持更高的速度。
功率
功率是在一定时间内从一种形式转换成另一种形式能量的量度，在汽车竞赛中，这种转换是从储存在汽油中的化学能转化为运动的动能。一个纳斯卡发动机能产生750马力(560千瓦)，超过了一个类似街头汽车模型，最高能产生300马力。在一场比赛中，纳斯卡发动机的功率转换大约是同一时期普通家庭用电量的500倍。汽车的动力来自发动机旋转时燃烧的汽油，纳斯卡发动机的转速是普通街道汽车的3.5倍，效率更高，燃烧速度更快，产生的动力也更大。
碰撞
赛车的高速和动力带来了危险碰撞的危险，纳斯卡赛车中一些最严重的碰撞记录在80G左右，也就是说，80倍的重力加速度把你拉到地球上，从另一个角度看，游乐园的最高为6G。安全因素试图延长任何碰撞发生的时间、距离和区域，以降低这些高强度。这一原理类似于逐渐停下来时，要比猛踩刹车更不刺耳，也类似于一堆钉子把你身体的重量分散到一大片地方，而不是躺在一根钉子上。沿着赛道外墙设置的安全屏障，可以在很大范围内消除碰撞产生的冲击力。汽车的前端本身也可以弯曲，这就延长了碰撞的时间。
碳纤维座椅比铝座椅吸收更多的冲击能量，它们通过环绕胸腔和肩膀来稳定驾驶员，并将冲击力分散到更大的区域。一个5点的安全带将驾驶员与汽车连接起来，再次分散了撞击区域。还将驾驶员与汽车连接在一起，因此驾驶员会随着被压扁的汽车减速，而不是继续全速前进，直到撞上为止。所以，下次当你前往赛道或收看电视节目时，请思考一下一些物理原理，以及科学家和工程师们在幕后为提高这项运动的速度、动力和安全性所做的贡献。
博科园｜文：Christine Helms/The Conversation
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