任何曾經緊握停放的汽車方向盤併發出“嗚,嗚,嗡嗡嗡嗡,呢呢呢呢呢呢,嗚~~~”等引擎聲的孩子都曾思考過這個基本的物理問題:如果我開得足夠快,我能沿著賽道的牆壁行駛而不會掉下來嗎?
1978年春天,我真的去了印第安納波利斯500賽車比賽。我最大的疑問是,我是否能在極其溼滑的浴室地板上行走而不會摔倒。當你在早上10點之前聚集了成千上萬的醉漢時,相信我,浴室地板會非常溼滑。正如偉大的體育作家丹·詹金斯在他1991年半自傳體小說《你必須帶傷上陣》中描述印地賽場的氣氛時所說:“我們能看到的地方到處都是汽車和人,內場已經流淌著嘔吐物、啤酒、油脂和煙霧形成的河流。” 公平地說,浴室並沒有那麼油膩。
我的第二個最大的問題是,其中一輛車的某個部件是否會飛到看臺上,把我的訃告變成比賽報道的邊欄。但有點跑題了。
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對於“開車上牆”這個問題,簡短的答案當然是,質量合適的汽車以足夠的速度在彎曲的垂直表面上行駛是可以停留在上面的。但話又說回來,詹金斯指出,“牆壁贏得的印地500賽車比賽比A.J.福伊特、威爾伯·肖和所有昂瑟斯加起來還要多。” 因此,職業賽車手通常會非常努力地避免與牆壁接觸。
儘管如此,英國萊斯特大學的四位勇敢的物理系學生在該大學2013年的《物理學專題期刊》中計算了資料。(該出版物為萊斯特未來的物理學家提供了一個思考諸如“我們的月球是由乳酪製成的”的影響等問題的場所,特別是溫斯利代爾乳酪。那場可怕的乳製品辯論的結果是:相同體積的乳酪月球密度會較低,因此產生的引力較小,並削弱地球的潮汐。 嘿,他們說這些話題很特別。)
對於垂直駕駛分析,學生們以印地賽道為模型。正如所有偉大的物理學家所做的那樣,他們包括一些簡化假設:“賽道是圓形的而不是橢圓形的,[並且]車輛已經在垂直傾斜的賽道上以給定的速度行駛。” (垂直傾斜也描述了您的金融機構的服務費如何讓您抓狂。)
在這一點上,側向駕駛員受制於四種力:輪胎與表面之間的靜摩擦力;法向力(基本上是表面向物體推回的力,堅持以其存在來煩擾表面);重力;以及汽車的“向下力”(在這種情況下也是側向的),它應該具有空氣動力學特性,使其速度越快越能貼在牆上。
而且我們說的是真的,真的很快。“汽車呼嘯而過,速度太快了,”詹金斯寫道,“我們看不清貼花。” 在我的印地500賽車比賽中,我坐在第三和第四個彎道之間,那是賽道上一個短而因此速度較慢的部分,汽車的速度確實仍然如此之快,以至於即使是裡克·米爾斯的車也只剩下了模糊的影子。後來的冠軍老阿爾·昂瑟的貼花也是如此。
萊斯特的孩子們考慮了兩款車,一款是質量為1390公斤的奧迪TT公路車,另一款是700公斤的開放式車輪的彭斯克-雷納德-本田賽車。(“在印地賽場,彭斯克標誌無處不在,”詹金斯寫道。“你在睡夢中都能看到它。”)即使以每小時150英里的慢速行駛,彭斯克賽車也會像埃克森美孚廣告一樣緊貼在牆上,就像貼在賽車手防火服上一樣。雖然較重的奧迪會掉下來並翻滾。
年輕的物理學家們總結道:“如果有合適的車輛,垂直傾斜的賽道是可行的。然而,它不太可能成為現實,因為這樣的賽道很可能既非常昂貴,在發生碰撞時也非常危險。” 詹金斯還考慮了一個假設:“我[提出]了一個關於如何讓汽車比賽更有趣並真正證明誰是最佳車手的建議。雙向交通。”