Comment calculez-vous les forces G?

Le 29 avril 2001, des officiels (des équipes de championnat automobile) ont annulé une course à la car les pilotes ont eu des vertiges après seulement 10 tours. La combinaison de vitesses élevées et de virages serrés au Texas Motor Speedway produit des forces de presque 5 G dans les virages. Un G est la force de gravité de la Terre – c'est cette force qui détermine combien nous pesons. À 5 G, un conducteur subit une force égale à cinq fois son poids. Par exemple, lors d'un virage 5-G, une force de 60 à 70 livres tire la tête sur le côté. Voyons comment calculer combien de Gs une voiture tire dans un virage et comment ceux-ci peuvent rester sur la piste avec autant de force.

Calculer le G-forces sur les pilotes est en fait assez simple. Nous avons juste besoin de connaître le rayon des virages et la vitesse des voitures. Selon, les virages sur la piste ont un rayon de 750 pieds (229 mètres). Pendant les essais, les voitures faisaient des tours à environ 230 km / h (370 km / h).

Quand une voiture tourne, elle accélère dans tous les cas (c’est pourquoi, lorsque vous faites tourner votre propre voiture, vous ressentez une force qui tire votre corps vers l’extérieur de la voiture). La quantité d'accélération est égale à la vitesse de la voiture au carré divisée par le rayon du virage:

Courons les chiffres:

Comment la voiture peut-elle rester sur la piste avec ce genre de force? C'est à cause des virages en banque.

Le Texas Motor Speedway a une inclinaison de 24 degrés dans les virages. La banque n'affecte pas vraiment la manière dont nous calculons les forces G sur le conducteur, mais sans la banque, les voitures ne pourraient jamais tourner si serré à 230 mi / h. Voyons comment la banque aide.

Si une voiture de champion essayait de faire un virage à plat à 230 mph, elle glisserait hors de la piste car elle n’avait pas assez de traction. La traction est proportionnelle au poids des pneus (plus le poids est élevé, plus la traction est importante). La mise en virage d'un virage permet à certaines des forces G créées dans le virage d'augmenter le poids sur les pneus, ce qui augmente la traction. Pour déterminer quelle partie du G obtient un poids supplémentaire sur les pneus, multipliez les G-forces par le sinus du degré bancaire. Dans notre exemple:

Ainsi, avec une inclinaison de 24 degrés, 1,93 Gs ajoute du poids aux roues. En outre, une partie du 1 G de la pesanteur terrestre pèse également sur les pneus: 1 G x cos24 ° = 0,91 Gs. Ensemble, 2,84 Gs (ou 2,84 fois le poids de la voiture) abaissent la voiture pendant le virage, l'aidant à coller à la piste.

L’aérodynamisme de la voiture crée également une importante force d'appui à 230 mph. Dans un avion, les ailes assurent la portance. Une voiture de champion a des déflecteurs qui sont comme des ailes à l'envers, offrant le contraire de la portance: la force d'appui. La force d'appui vers le bas maintient la voiture collée à la piste avec une pression exercée vers le bas par les ailes avant et arrière, ainsi que par la carrosserie elle-même. La quantité d'appui est incroyable: une fois que la voiture roule à 322 km / h (200 mi / h), il y a suffisamment d'appui sur la voiture pour pouvoir adhérer au plafond d'un tunnel et rouler à l'envers! Dans une course de rue, l'aérodynamisme a suffisamment d'aspiration pour soulever les plaques d'égout – avant la course, toutes les plaques d'égout sont soudées pour éviter que cela ne se produise!

Entre les forces d'appui et les forces G, le poids de la voiture est de quatre fois supérieur à celui du pneu lorsque celui-ci contourne l'un de ces virages relevés à 24 degrés à 230 mph.

Les pilotes prennent énormément de punition sur une piste comme celle-ci. Ce niveau d'accélération est supérieur à celui de la plupart des gens. Même le seul développe 3 G quand il décolle. Ce qui est encore plus étonnant, c'est la durée pendant laquelle ces conducteurs tolèrent ce type de force. Le Texas Motor Speedway a une longueur de 2,4 km: le tronçon avant mesure 686 m (2 250 pieds) et le tronçon arrière est de 405 m (1 330 pi). À 230 mph (337 f / s), les pilotes mettent environ 6,5 secondes pour descendre dans l’étirement avant, puis ils sont frappés avec une force de près de 5 G pour les 6,5 secondes qui suivent au virage. Il ne faut que 4 secondes environ pour atteindre l’étirement du dos avant le prochain virage et 6,5 secondes supplémentaires de presque 5 G. Si la course prévue de 966 km avait eu lieu, les pilotes auraient fait l'aller-retour entre 800 et 5 G presque.

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