# Нил Деграсс Тайсон: «Предел ускорения автомобиля диктует гравитация Земли» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=4PVlyMbCC0M Канал: StarTalk Опубликовано: 20.01.2023 --- В новом выпуске подкаста StarTalk известный астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс разбирают физические принципы, ограничивающие скорость и ускорение современных автомобилей. Тайсон объясняет, почему для стандартного автомобиля, полагающегося на трение шин о дорогу, существует непреодолимый предел ускорения, продиктованный самой гравитацией Земли. ## 🏎️ Почему лошадиные силы — не главное [[JUMP:00:01]] Многие автолюбители считают, что скорость разгона зависит исключительно от мощности двигателя (лошадиных сил) или крутящего момента электромотора. Однако Нил Деграсс Тайсон утверждает, что при старте с места главным ограничивающим фактором является не двигатель, а физика взаимодействия колеса с дорожным покрытием [0:40]. Процесс ускорения выглядит следующим образом: * Колесо, обычно сделанное из резины, находится в контакте с цементом или асфальтом [1:07]. * При нажатии на педаль газа крутящий момент передается на колеса. * Если крутящий момент станет слишком высоким, колеса просто начнут проскальзывать («жечь резину»), и автомобиль потеряет сцепление, необходимое для движения вперед [1:45]. По словам Тайсона, именно трение между шиной и дорогой является той силой, которая толкает машину вперед. Без эффективного трения любая мощность двигателя становится бесполезной [1:58]. ## ⚖️ Масса, вес и хитрости сцепления [[JUMP:02:11]] Один из способов улучшить сцепление — увеличить прижимную силу, действующую на ведущие колеса. Тайсон приводит в пример владельцев пикапов, которые в прошлом часто использовали задний привод, в то время как тяжелый двигатель находился спереди [2:38]. Для работы в зимних условиях такие водители применяли простую хитрость: * Они нагружали кузов снегом или другим балластом прямо над задней осью [3:04]. * Это увеличивало направленную вниз силу (вес), давящую на ведущие колеса, что предотвращало их пробуксовку на снегу [3:19]. Однако здесь возникает физическая дилемма: увеличение веса за счет добавления массы требует больше энергии для разгона этой самой массы. Как отмечает Тайсон, эти величины масштабируются практически линейно: вам нужно больше мощности, чтобы сдвинуть потяжелевший автомобиль, что частично нивелирует выгоду от лучшего сцепления [4:12]. ## ✈️ Аэродинамика: как обмануть физику без лишнего веса [[JUMP:04:24]] Чтобы получить преимущество «тяжелого» автомобиля, не увеличивая его фактическую массу, конструкторы используют воздух. Чак Найс и Нил Тайсон обсуждают роль антикрыльев и спойлеров, которые, по сути, представляют собой перевернутое крыло самолета [4:49]. Основные аэродинамические элементы современных гоночных авто: * **Спойлеры и антикрылья:** создают направленную вниз силу за счет потока воздуха. * **Аэродинамические обвесы («юбки»):** направляют воздух под днище автомобиля. * **Диффузоры:** создают область низкого давления под машиной, фактически «присасывая» её к трассе [5:15]. Тайсон подчеркивает ключевое преимущество этого подхода: вы увеличиваете прижимную силу (эффективный вес), не увеличивая массу, которую двигателю приходится разгонять [5:28]. Однако на старте с нулевой скорости аэродинамика бесполезна — она начинает работать только тогда, когда машина уже набрала значительный темп [4:37]. ## 📏 Предел 1g: гравитационный барьер [[JUMP:05:41]] Самый важный вывод Тайсона заключается в том, что при использовании обычного трения между шиной и дорогой существует естественный предел ускорения, равный **1g** (ускорению свободного падения) [5:53]. Физическая логика здесь такова: 1. Ускорение вперед ограничено силой трения, которая напрямую зависит от силы, прижимающей машину к земле (гравитации). 2. Если вы просто уроните камень, он достигнет скорости 60 миль в час (около 97 км/ч) примерно за 3 секунды [6:19]. 3. Соответственно, любой автомобиль, полагающийся только на трение, будет иметь предел разгона 0–60 миль/ч в районе 3 секунд [9:36]. Тайсон отмечает, что коэффициент трения резины об асфальт очень высок (около 0,8–0,95), что делает их «союзом, заключенным на небесах» [8:10]. Но прыгнуть выше единицы (1g) без специальных ухищрений невозможно. ## 🚀 Как суперкары преодолевают лимит [[JUMP:06:48]] Если вы видите автомобиль, который разгоняется до 60 миль/ч быстрее чем за 3 секунды (например, за 2 или 2,5 секунды), это означает, что он использует методы, выходящие за рамки простого трения [8:52]. Тайсон и Чак Найс перечисляют эти способы: * **Липкие составы:** шины для дрэг-рейсинга («слики») изготавливаются из специальной резины, которая при нагреве становится похожей на жевательную резинку. В этом случае работает уже не просто трение, а адгезия (прилипание) [7:02]. * **Подготовка трассы:** на профессиональных треках дорогу могут поливать специальными клейкими составами. * **Механическое зацепление:** использование зубчатых передач или колес, которые буквально «вгрызаются» в покрытие (как на рельсовом транспорте или в некоторых видах экстремальных гонок) [8:39]. * **Реактивная тяга:** использование джет-двигателей или ракет, которые толкают машину вперед за счет выброса массы, а не за счет вращения колес [9:08]. ## 🏎️ Реактивный лимузин Джея Лено и «Спитфайры» на дорогах [[JUMP:10:17]] Тайсон поделился личной историей о поездке на «реактивном авто» знаменитого телеведущего Джея Лено в рамках шоу *Jay Leno's Garage* [10:30]. В этой машине установлен настоящий коммерческий турбореактивный двигатель, который напрямую вращает трансмиссию. Интересные детали поездки: * Двигатель расположен прямо за головами пассажиров, поэтому Нилу и Джею пришлось надеть шлемы [11:23]. * Во время заезда на базе ВВС Эдвардс на скорости около 150 миль в час (241 км/ч) у машины вылетело одно из окон [11:50]. * Когда Тайсон спросил, почему они не едут быстрее, Лено ответил: «Я не хочу остаться в истории как парень, который убил астрофизика» [12:16]. Также участники вспомнили случай, когда британский энтузиаст построил автомобиль на базе 24-литрового двигателя *Rolls-Royce Merlin* от истребителя *Spitfire* времен Второй мировой войны [10:43]. Такие машины легко обходят Ferrari и Porsche, потому что их движение не ограничено стандартными рамками трения колес [10:57]. ## 🌌 Ускорение в космосе [[JUMP:12:33]] В завершение дискуссии Тайсон затронул тему перемещения в пространстве. В отличие от земных условий, в космосе нет дорожного покрытия и трения, поэтому там пределов ускорения практически не существует [12:47]. По словам астрофизика, в вакууме «пределом является только теория относительности» (скорость света). Скорость набора скорости в космосе зависит исключительно от эффективности и мощности ваших ракетных двигателей [12:47]. Если вы запустите Tesla Roadster в космос (как это сделал Илон Маск), ее ничто не будет ограничивать в ускорении, кроме запаса топлива и физики частиц [12:33].