以极快的速度行驶就是有种令人兴奋的感觉。纵观历史，人们一直在挑战极限以追求更快的速度，无论是在步行、骑马、乘船，还是骑自行车时。
几乎每个周末，今天的速度爱好者都可以通过观看他们最喜欢的 NASCAR 赛车手在赛道上以惊险的速度比赛来过一把瘾。
也许是人群的兴奋，也许是持续的危险威胁吸引人们关注这项运动。又或许是科学和工程的壮举吸引了一些观众。 作为一名物理学家，我喜欢在 NASCAR 比赛中看到所有展示出来的物理原理。
速度
NASCAR 赛车手以极高的速度行驶，超过每小时 200 英里。他们的加速速度如此之快，从零加速到每小时 60 英里只需要大约 3 到 3.5 秒。在此加速过程中，汽车必须对赛道施加平均 2,600 磅的水平力。这相当于一只大型美洲鳄的咬合力，或者举起一头成年水牛所需的力量。
根据爱因斯坦的狭义相对论，你通过空间移动的速度越快，你的时间流逝就越慢。所以，可以说那些追求速度的 NASCAR 赛车手比我们其他人实际衰老的速度要慢上一点点。一场 3.5 小时的比赛结束后，赛车手比静止观看的观众的年龄大约小 0.5 纳秒。如果一名车手在接下来的 50 年里以每小时 200 英里的速度不停地比赛，那么他比我们其他人衰老的速度会慢 70 微秒。
虽然 NASCAR 赛车手的速度与看台上的观众相比非常快，但他们的速度与爱因斯坦设想的速度相比则微不足道——比如光速，每小时 6.7 亿英里。相对论在赛道上的影响很小，但确实存在。
赛道
那么，车手是如何获得这些速度的呢？
当汽车进入弯道时，它自然会想继续沿其原始方向行驶。为了改变方向以遵循椭圆形赛道的曲线，必须施加一个力。
必要的力来自于轮胎与赛道之间的摩擦。 摩擦力是两者之间的联系，防止它们相互滑动。
所以，对于车手来说，这是一种平衡的技巧——他们想全速前进，但又不能在弯道上开得太快，以免速度超过摩擦力提供的操控能力。速度太快，摩擦力可能不足以阻止汽车继续沿原方向行驶并直接滑向墙壁。速度太慢，就会落后于竞争对手。
赛道的設計方式可以提供帮助。弯道是倾斜的，这意味着它们在赛道外侧较高，在中心较低。道路向上推汽车的一部分力——物理学家称之为法向力——有助于轮胎的摩擦力，帮助汽车绕过弯道。
一些最快赛道上的弯道倾斜角度与游乐场滑梯的陡峭程度相当。 里士满国际赛道的倾斜角度允许汽车以比没有倾斜角度时快约 1.3 倍的速度行驶。更大的弯道和更高的倾斜角度，如在代托纳和塔拉迪加赛道上看到的，可以让车手在转弯时保持更高的速度。
动力
功率是指在给定时间内，能量从一种形式转化为另一种形式的量度。在房车赛中，这种转化是从汽油中储存的化学能转化为动能。
一辆 NASCAR 发动机的功率大约为 750 [马力](https://popsci.com.cn/what-is-horsepower/)（560 千瓦），这超过了类似型号的家用汽车，后者最高时速约为300 马力。比赛期间，NASCAR 发动机的功率转换大约是典型美国家庭同期用电量的 500 倍。
汽车的动力来自于发动机旋转时燃烧汽油。NASCAR 发动机的转速比标准家用汽车快 3.5 倍，效率也高得多，使其能够更快地燃烧并产生更大的功率。
碰撞
房车的高速度和动力伴随着危险碰撞的风险。 NASCAR 中一些最严重的碰撞大约在 80 G 左右——也就是说，是把你固定在地球上的重力加速度的 80 倍。作为参考，游乐园游乐设施的 G 力最高约为 6 G。
安全措施试图延长碰撞发生的时间、距离和面积，以降低这些高冲击力。其原理类似于逐渐刹车比猛踩刹车冲击力小，或者床上的钉子将你的体重分散到大面积上，而不是躺在一根钉子上。
赛道外侧墙壁上的SAFER 护栏设计成可弯曲以在大面积上消散碰撞的力。汽车本身的前部也设计成可弯曲，这延长了碰撞的时间。
碳纤维座椅比铝制座椅能吸收更多的冲击能量。它们通过包裹驾驶员的胸腔和肩膀来稳定驾驶员，并将冲击力分散到更大的区域。
一个5 点式安全带将驾驶员固定在车上，再次分散了冲击面积。它还将驾驶员固定在车上，这样他或她就会随着汽车的变形而减速，而不是以全速继续前进直到撞击。
所以，下次当你前往赛道或在电视上收看比赛时，不妨思考一下 NASCAR 中的一些物理原理，以及幕后科学家和工程师为提高这项运动的速度、动力和安全性所做的贡献。
Christine Helms 是里士满大学的物理学副教授。本文最初发布在The Conversation。
