Астрофизик Нил Деграсс Тайсон вместе с со-ведущими Гари О’Рейли и Чаком Найсом разбирает физику гонок NASCAR, объясняя, почему треки строятся под наклоном и как законы природы позволяют болидам входить в повороты на огромной скорости. В центре внимания — концепция «идеального поворота», где трасса буквально управляет машиной вместо пилота, и хитрости аэродинамики, превращающие встречный поток воздуха в прижимную силу.
🏎️ Почему гоночные трассы не бывают плоскими 0:01
Любой овальный трек, предназначенный для высоких скоростей, обязательно имеет бэнкинг (от англ. banking) — наклон дорожного полотна в сторону центра поворота . Нил Деграсс Тайсон вспоминает свой визит на легендарную трассу в Дейтоне (Daytona International Speedway), отмечая, что угол наклона там настолько велик, что человеку практически невозможно подняться по нему пешком — мозг отказывается верить в крутизну этого склона .
С точки зрения физики, наклонный поворот решает фундаментальную проблему сцепления. По словам Тайсона, если бы трасса была абсолютно плоской, пилоту пришлось бы полагаться исключительно на силу трения между шинами и дорогой .
Особенности механики поворота на плоской поверхности:
- Пилоту необходимо активно поворачивать руль, чтобы заставить машину изменить траекторию.
- Существует риск «соскользнуть» с трассы (drift), если скорость превысит возможности трения шин .
- В случае заноса на плоском треке действует классическое правило: «всегда поворачивай руль в сторону заноса» .
Однако при наличии бэнкинга сама трасса начинает прикладывать к автомобилю силу, направленную внутрь — к центру дуги поворота . Чем круче наклон, тем больше эта центростремительная сила, помогающая машине удерживаться на траектории.
📐 Магическая скорость и «самоуправляемый» болид 2:54
Существует математическая зависимость между углом наклона трека, скоростью автомобиля и радиусом кривизны поворота. Тайсон утверждает, что при точном совпадении этих параметров можно достичь состояния, когда водителю вообще не нужно крутить руль — трасса сделает это за него .
По оценкам Тайсона, для типичного трека NASCAR эта «магическая» скорость составляет около 180 миль в час (примерно 290 км/ч) . На такой скорости болид будет следовать изгибу трассы автоматически. Если же ехать на обычной гражданской машине (например, Toyota Tercel) медленнее расчетной скорости, она может просто начать сползать вниз к центру овала .
В реальности гонщики редко отпускают руль, и на это есть несколько причин, которые выделили участники дискуссии:
- Принцип Марио Андретти: Как подтвердил Тайсону лично чемпион «Формулы-1» Марио Андретти, если вы полностью контролируете машину, значит, вы недостаточно быстро едете для участия в гонке . Пилоты NASCAR всегда стараются ехать быстрее, чем позволяет «идеальный» угол наклона.
- Маневрирование: Основная работа рулем в NASCAR на высоких скоростях нужна не для входа в поворот, а для маневрирования среди других участников .
- Вылет с трассы: Если превысить расчетную скорость слишком сильно, силы трения и наклона не хватит, и машину выбросит на верхнее ограждение (high side) .
🧪 Коэффициент трения: когда шины становятся липкими 8:08
Важнейшим фактором в гонках остается взаимодействие резины с покрытием. Тайсон вводит понятие коэффициента трения. Для большинства дорожных покрытий (асфальт или бетон) и обычной резины этот коэффициент близок к единице .
Однако в профессиональных гонках используются специальные шины (слики), свойства которых меняются при эксплуатации:
- При нагреве (путем пробуксовки или быстрого движения) резина становится «липкой» или «вязкой» .
- Такая «липкая» резина позволяет достичь коэффициента трения выше единицы (больше 1.0) .
- Это позволяет гонщикам преодолевать повороты на скоростях, значительно превышающих те, на которые рассчитан бэнкинг, буквально «приклеиваясь» к треку .
💨 Аэродинамика: как воздух «давит» на весы 10:37
Нил Деграсс Тайсон объясняет эффективность болидов через закон Бернулли: давление в быстро движущемся потоке воздуха ниже, чем в медленном . Он предлагает простой домашний эксперимент: если взять длинную полоску бумаги и подуть прямо над её поверхностью, она не прижмется к столу, а, наоборот, поднимется вверх .
В гонках этот эффект используется для управления «эффективным весом» автомобиля:
- Вес против Массы: Инженеры стремятся увеличить вес (силу, с которой машина давит на дорогу), не увеличивая её массу (инерцию). Чак Найс сравнил это с тем, как если бы кто-то незаметно нажал пальцем на чашу весов .
- Антикрыло против Крыла: Если крыло самолета изогнуто сверху (чтобы создавать подъемную силу), то спойлер болида имеет обратную форму — он плоский сверху и изогнут снизу . Это заставляет поток воздуха прижимать заднюю часть машины к земле, увеличивая сцепление без потери маневренности.
В завершение Тайсон отмечает, что NASCAR — это не просто езда по кругу, а сложнейшая физическая лаборатория, где на результат влияют даже форма днища автомобиля и воздушные потоки от соперников . В будущих выпусках StarTalk планируется детально разобрать физику аварий и то, как современные технологии позволяют гонщикам выходить невредимыми из самых страшных катастроф .
