科技:如何計算G力?

2020-12-06 百家號

導語:CART(冠軍賽車隊)官員取消了德克薩斯賽車場的比賽,因為車手在短短10圈之後就出現了頭暈。德克薩斯賽道的高速和急轉彎組合在轉彎時產生近5 Gs的力。一個G是地球引力的力量 - 正是這個力決定了我們的重量。在5G時,駕駛員的力量等於其重量的五倍。例如,在5-G轉彎期間,有60到70磅的力將他的頭部拉到一邊。讓我們來看看如何計算一輛車在轉彎時拉多少Gs以及這些Champ車如何在如此大的力量下留在賽道上。

計算驅動器上的G力實際上非常簡單。我們只需要知道轉彎的半徑和汽車的速度。根據德克薩斯賽道的賽道事實,賽道的轉彎半徑為750英尺(229米)。在練習中,賽車以每小時230英裡(370公裡/小時)的速度轉彎。

當一輛汽車轉彎時,它會加速整個時間(這就是為什麼當你在自己的汽車中轉彎時,你會感覺到一股力量將你的身體拉向車外)。加速度等於汽車平方的速度除以轉彎半徑:讓我們運行數字:230英裡每小時是337英尺每秒(f / s)。(337 F / S)2 /750英尺=約151 F / S 2。重力加速度(1 G)為32 f / s 2。151/32 = 4.74駕駛員經歷的Gs。在這種力量下,賽車如何能夠保持在賽道上?這是因為銀行轉彎。

德克薩斯賽車場在轉彎處擁有24度的銀行業務。銀行業並沒有真正影響我們如何計算駕駛員的G力量,但如果沒有銀行業務,汽車永遠不會以230英裡/小時的速度繞轉。讓我們看看銀行業如何幫助。如果一輛Champ Car試圖以230英裡/小時的速度進行平轉,它會從賽道上滑下,因為它沒有足夠的牽引力。牽引力與輪胎的重量成正比(重量越大,牽引力越大)。轉彎時的轉彎允許轉彎時產生的一些G力增加輪胎的重量,增加牽引力。要弄清楚Gs的哪個部分會增加輪胎的重量,你可以將G力乘以銀行學位的正弦值。

因此,通過24度銀行業務,1.93 Gs增加了車輪的重量。此外,來自地球引力的1 G的一部分也對輪胎施加了一些重量:1 G x cos24°= 0.91 Gs。在轉彎期間,2.84 Gs(或汽車重量的2.84倍)一起向下推動汽車,幫助它堅持賽道。

該車的空氣動力學也以230英裡/小時的速度產生顯著的下壓力。在飛機上,機翼提供升力。冠軍車的擾流板就像顛倒的機翼,與升力相反:下壓力。下壓力使車輛通過前後翼以及車身本身提供的向下壓力使車輛粘在軌道上。下壓力的數量是驚人的, 一旦汽車以200英裡/小時(322公裡/小時)的速度行駛,汽車就有足夠的下壓力,它實際上可以將自己粘在隧道的天花板上並倒掛!在街頭賽道比賽中,空氣動力學具有足夠的吸力來實際提升井蓋 - 在比賽前,所有井蓋都被焊接以防止這種情況發生!在下壓力和G力之間,超過車輛重量的四倍,當輪胎以230英裡/小時的速度繞過其中一個24度傾斜轉彎時,將輪胎保持在軌道上。

總結:在這樣的賽道上,車手會受到巨大的懲罰。這種加速度水平高於大多數人的體驗。甚至是太空梭它起飛時只會產生3 Gs。更令人驚奇的是這些車手能夠忍受這種力量多長時間。德克薩斯賽道的長度為1.5英裡(2.4公裡):前部長度為2,250英尺(686米),後部長度為1,330英尺(405米)。在230英裡/小時(337英尺/秒)時,車手需要大約6.5秒的時間才能進入前段,然後在轉彎時他們會在接下來的6.5秒內猛擊近5 G的力。在下一個回合之前只需要大約4秒的時間使其向後延伸,而在接下來的回合中再向下延伸6.5秒。如果計劃的600英裡(966公裡)比賽已經開始,那麼司機將在5到幾乎零Gs之間來回走動,共計800次。

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