Como se calculam as forças G?

Em 29 de Abril de 2001, os oficiais da CART (Championship Auto Racing Teams) cancelaram uma corrida no Texas Motor Speedway porque os pilotos sentiram tonturas após apenas 10 voltas. A combinação de altas velocidades e curvas apertadas na Texas Motor Speedway produz forças de quase 5 Gs nas curvas. Um G é a força da gravidade da Terra – é esta força que determina o nosso peso. Com 5 Gs, um condutor experimenta uma força igual a cinco vezes o seu peso. Por exemplo, durante uma volta de 5 G, há 60 a 70 libras de força puxando a sua cabeça para o lado. Vamos ver como calcular quantos Gs um carro puxa numa curva e como estes carros Champ podem permanecer na pista sob tanta força.

Calcular as forças G nos condutores é na verdade bastante simples. Só precisamos de conhecer o raio das curvas e a velocidade dos carros. De acordo com os factos da pista da Texas Motor Speedway, as curvas na pista têm um raio de 750 pés (229 metros). Durante a prática, os carros faziam voltas a cerca de 230 milhas por hora (370 kph).

Quando um carro faz uma volta, acelera o tempo todo (é por isso que, quando faz uma volta no seu próprio carro, sente uma força a puxar o seu corpo em direcção ao exterior do carro). A quantidade de aceleração é igual à velocidade do carro ao quadrado dividida pelo raio da viragem:

p> Vamos correr os números:

Como pode o carro permanecer na pista sob este tipo de força? É por causa das curvas em banco.

O Texas Motor Speedway tem 24 graus de banco nas curvas. O banco não afecta realmente a forma como calculamos as forças G no condutor, mas sem o banco os carros nunca poderiam fazer uma curva tão apertada a 230 mph. Vejamos como o banco ajuda.

Se um Champ Car tentasse fazer uma curva plana a 230 mph, deslizaria para fora da pista porque não tem tracção suficiente. A tracção é proporcional à quantidade de peso nos pneus (quanto mais peso, mais tracção). Uma curva permite que algumas das forças G criadas na curva aumentem o peso sobre os pneus, aumentando a tracção. Para descobrir que porção dos Gs obtém adiciona peso aos pneus, multiplica-se a força G pelo seno do grau bancário. No nosso exemplo:

Então, com um banco de 24 graus, 1,93 Gs adiciona peso às rodas. Além disso, uma porção de 1 G da gravidade da Terra também coloca algum peso sobre os pneus: 1 G x cos24° = 0,91 Gs. Juntos, 2,84 Gs (ou 2,84 vezes o peso do carro) empurram para baixo o carro durante a curva, ajudando-o a aderir à pista.

A aerodinâmica do carro também cria uma força descendente significativa a 230 mph. Num avião, as asas proporcionam elevação. Um Champ Car tem spoilers que são como asas de cabeça para baixo, fornecendo o oposto de elevação: força descendente. A força descendente mantém o carro colado à pista com uma pressão descendente fornecida pelas asas dianteiras e traseiras, assim como pela própria carroçaria. A quantidade de força descendente é espantosa – uma vez que o carro viaja a 200 mph (322 kph), há força descendente suficiente no carro para que este possa realmente aderir ao tecto de um túnel e conduzir de cabeça para baixo! Numa corrida de pista, a aerodinâmica tem sucção suficiente para levantar efectivamente as tampas de esgoto – antes da corrida, todas as tampas de esgoto são soldadas para baixo para evitar que isto aconteça!

Entre a força descendente e a força G, bem mais de quatro vezes o peso do carro segura os pneus à pista quando contorna uma daquelas curvas de 24 graus a 230 mph.

Condutores sofrem uma enorme punição numa pista como esta. Este nível de aceleração é mais elevado do que a maioria das pessoas alguma vez experimentou. Mesmo o vaivém espacial só desenvolve 3 Gs quando descola. O que é ainda mais espantoso é quanto tempo estes condutores toleram este tipo de força. O Texas Motor Speedway tem 1,5 milhas (2,4 km) de comprimento: O trecho da frente tem 2.250 pés (686 m) de comprimento, e o trecho de trás tem 1.330 pés (405 m) de comprimento. A 230 mph (337 f/s), os condutores demoram cerca de 6,5 segundos a descer o troço da frente, e depois são esmagados por quase 5 Gs de força durante os próximos 6,5 segundos à medida que fazem a curva. Demoram apenas cerca de 4 segundos a descer a retaguarda antes da próxima curva e mais 6,5 segundos de quase 5 Gs. Se a corrida planeada de 600 milhas (966 km) tivesse tido lugar, os condutores teriam ido e voltado entre 5 e quase zero Gs um total de 800 vezes.