高速旅行令人興奮，縱觀歷史，人們總是督促自己走得更快，無論是步行、騎馬、坐船還是騎自行車。幾乎每個週末，今天的賽車愛好者都可以通過觀看他們最喜愛的納斯卡賽車手，以驚人的速度在賽道上比賽來代替現實生活。也許是人群中的興奮，也許是不斷的危險威脅吸引人們來參加這項運動。或許是科學和工程的成就吸引了一些觀眾。作為一個物理學家，我喜歡在納斯卡比賽中看到所有的物理原理。

速度與激情

納斯卡車手的速度非常高，超過320千米每小時，賽車速度非常快，從零加速到100千米每小時只需要3到3.5秒。在加速過程中，賽車每秒必須對賽道施加平均2600磅的水平力，這相當於一條美洲大鱷魚的咬合力，或者一頭成年水牛的咬合力。根據愛因斯坦的狹義相對論，你在空間中運動得越快，你的時間流逝就越慢。所以，可以說，賽車手比我們其他人的年齡要小得多，在3.5小時的比賽結束時，車手的年齡比靜止的觀眾小0.5納秒。

如果一個司機在接下來的50年裡以每小時320千米的速度不停地奔跑，那麼他的年齡將比我們其他人小70微秒。儘管與看臺上的觀眾相比，納斯卡車手的速度快得令人難以置信，但與愛因斯坦的想法相比，他們的速度卻微不足道——比如光速可以達到30萬千米每秒，相對論在軌道上的影響很小，但它確實存在。

賽道

那麼駕駛員如何才能獲得這些速度呢？當一輛汽車進入轉彎時，它自然會想要繼續沿著原來的方向行駛。要改變方向，使其沿著橢圓形軌道的曲線運動，必須施加一個力。必要的力來自於輪胎和跑道之間的摩擦力，摩擦是兩者之間的聯繫，防止它們互相滑動。所以對於車手來說，這是一個平衡的過程——他們想要把踏板固定在金屬上，但他們不能在彎道上跑得太快，以至於速度超過了摩擦力提供的操縱能力。

速度太快，摩擦力可能不足以阻止汽車繼續沿著原來的方向滑行，並直接撞到牆上，但慢下來太多，就會落後於競爭對手。賽道的設計方式可以幫助解決這個問題。轉彎是傾斜的，這意味著他們在賽道外更高，在中心更低。路面向上推汽車的部分力（物理學家稱之為法向力）幫助輪胎的摩擦力，並幫助汽車轉彎。在一些速度最快的賽道上轉彎就像遊樂場滑梯的陡度。更大的彎道和更高的坡度，就像在代託納和塔拉迪加看到的那樣，能讓車手在轉彎時保持更高的速度。

功率

功率是在一定時間內從一種形式轉換成另一種形式能量的量度，在汽車競賽中，這種轉換是從儲存在汽油中的化學能轉化為運動的動能。一個納斯卡發動機能產生750馬力(560千瓦)，超過了一個類似街頭汽車模型，最高能產生300馬力。在一場比賽中，納斯卡發動機的功率轉換大約是同一時期普通家庭用電量的500倍。汽車的動力來自發動機旋轉時燃燒的汽油，納斯卡發動機的轉速是普通街道汽車的3.5倍，效率更高，燃燒速度更快，產生的動力也更大。

碰撞

賽車的高速和動力帶來了危險碰撞的危險，納斯卡賽車中一些最嚴重的碰撞記錄在80G左右，也就是說，80倍的重力加速度把你拉到地球上，從另一個角度看，遊樂園的最高為6G。安全因素試圖延長任何碰撞發生的時間、距離和區域，以降低這些高強度。這一原理類似於逐漸停下來時，要比猛踩剎車更不刺耳，也類似於一堆釘子把你身體的重量分散到一大片地方，而不是躺在一根釘子上。沿著賽道外牆設置的安全屏障，可以在很大範圍內消除碰撞產生的衝擊力。汽車的前端本身也可以彎曲，這就延長了碰撞的時間。

碳纖維座椅比鋁座椅吸收更多的衝擊能量，它們通過環繞胸腔和肩膀來穩定駕駛員，並將衝擊力分散到更大的區域。一個5點的安全帶將駕駛員與汽車連接起來，再次分散了撞擊區域。還將駕駛員與汽車連接在一起，因此駕駛員會隨著被壓扁的汽車減速，而不是繼續全速前進，直到撞上為止。所以，下次當你前往賽道或收看電視節目時，請思考一下一些物理原理，以及科學家和工程師們在幕後為提高這項運動的速度、動力和安全性所做的貢獻。