正确的汽车以正确的方式操控也能让你抓狂

年轻物理学家找到了让赛车不偏离赛道的规格

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任何曾经紧握停放的汽车方向盘并发出“呜,呜,嗡嗡嗡嗡,呢呢呢呢呢呢,呜~~~”等引擎声的孩子都曾思考过这个基本的物理问题:如果我开得足够快,我能沿着赛道的墙壁行驶而不会掉下来吗?

1978年春天,我真的去了印第安纳波利斯500赛车比赛。我最大的疑问是,我是否能在极其湿滑的浴室地板上行走而不会摔倒。当你在早上10点之前聚集了成千上万的醉汉时,相信我,浴室地板会非常湿滑。正如伟大的体育作家丹·詹金斯在他1991年半自传体小说《你必须带伤上阵》中描述印地赛场的气氛时所说:“我们能看到的地方到处都是汽车和人,内场已经流淌着呕吐物、啤酒、油脂和烟雾形成的河流。” 公平地说,浴室并没有那么油腻。

我的第二个最大的问题是,其中一辆车的某个部件是否会飞到看台上,把我的讣告变成比赛报道的边栏。但有点跑题了。


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对于“开车上墙”这个问题,简短的答案当然是,质量合适的汽车以足够的速度在弯曲的垂直表面上行驶是可以停留在上面的。但话又说回来,詹金斯指出,“墙壁赢得的印地500赛车比赛比A.J.福伊特、威尔伯·肖和所有昂瑟斯加起来还要多。” 因此,职业赛车手通常会非常努力地避免与墙壁接触。

尽管如此,英国莱斯特大学的四位勇敢的物理系学生在该大学2013年的《物理学专题期刊》中计算了数据。(该出版物为莱斯特未来的物理学家提供了一个思考诸如“我们的月球是由奶酪制成的”的影响等问题的场所,特别是温斯利代尔奶酪。那场可怕的乳制品辩论的结果是:相同体积的奶酪月球密度会较低,因此产生的引力较小,并削弱地球的潮汐。 嘿,他们说这些话题很特别。)

对于垂直驾驶分析,学生们以印地赛道为模型。正如所有伟大的物理学家所做的那样,他们包括一些简化假设:“赛道是圆形的而不是椭圆形的,[并且]车辆已经在垂直倾斜的赛道上以给定的速度行驶。” (垂直倾斜也描述了您的金融机构的服务费如何让您抓狂。)

在这一点上,侧向驾驶员受制于四种力:轮胎与表面之间的静摩擦力;法向力(基本上是表面向物体推回的力,坚持以其存在来烦扰表面);重力;以及汽车的“向下力”(在这种情况下也是侧向的),它应该具有空气动力学特性,使其速度越快越能贴在墙上。

而且我们说的是真的,真的很快。“汽车呼啸而过,速度太快了,”詹金斯写道,“我们看不清贴花。” 在我的印地500赛车比赛中,我坐在第三和第四个弯道之间,那是赛道上一个短而因此速度较慢的部分,汽车的速度确实仍然如此之快,以至于即使是里克·米尔斯的车也只剩下了模糊的影子。后来的冠军老阿尔·昂瑟的贴花也是如此。

莱斯特的孩子们考虑了两款车,一款是质量为1390公斤的奥迪TT公路车,另一款是700公斤的开放式车轮的彭斯克-雷纳德-本田赛车。(“在印地赛场,彭斯克标志无处不在,”詹金斯写道。“你在睡梦中都能看到它。”)即使以每小时150英里的慢速行驶,彭斯克赛车也会像埃克森美孚广告一样紧贴在墙上,就像贴在赛车手防火服上一样。虽然较重的奥迪会掉下来并翻滚。

年轻的物理学家们总结道:“如果有合适的车辆,垂直倾斜的赛道是可行的。然而,它不太可能成为现实,因为这样的赛道很可能既非常昂贵,在发生碰撞时也非常危险。” 詹金斯还考虑了一个假设:“我[提出]了一个关于如何让汽车比赛更有趣并真正证明谁是最佳车手的建议。双向交通。”

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