反重力思考

賽車開上牆

經過精密計算,年輕的物理學家找到了辦法!

撰文/米爾斯基(Steve Mirsky)
翻譯/周坤毅

反重力思考

賽車開上牆

經過精密計算,年輕的物理學家找到了辦法!

撰文/米爾斯基(Steve Mirsky)
翻譯/周坤毅

許多小孩都曾經緊抓著汽車方向盤,嘴裡發出「轟轟轟……叭叭叭……咿咿咿咿咿……轟轟」的引擎聲,他們也思考過一個基本的物理問題:假如速度夠快,我能不能把賽車開上賽道的外牆而不會掉下來?

回到如何把賽車開上牆的問題,簡單來說一台重量適中的賽車,在垂直外牆上以足夠的速度前進就不會掉下來。然而詹金斯指出:「車手栽在賽道外牆的次數,比佛伊特、蕭奧以及安瑟家族贏得的勝場總數還多。」因此職業車手通常會盡可能避免與賽道外牆接觸。

但英國萊斯特大學有四位不怕死的物理系學生,在該校2013年《物理專題期刊》發表如何把賽車開上外牆的參數。這本期刊提供一個園地給萊斯特大學明日的物理學家思考特殊問題,譬如「如果月球是由文斯勒德乳酪做成的有何影響?」結論是同樣體積的乳酪月球密度較低,因此產生的重力較小,導致地球上的潮汐變弱。果然是精闢入理的見解。

這些學生利用印第賽車道做為分析模型,就像其他偉大的物理學家一樣,他們也用了簡化過的假設:「賽道是正圓而非橢圓,而且賽車已在垂直外牆上以給定的速度前進。」垂直外牆(vertical banking)也代表了銀行向你收費的上升比率(譯註:banking有銀行業務之意)。

此時賽車承受了四種力:輪胎與牆壁表面的靜摩擦力,牆壁對賽車的反作用力,重力,以及隨著車速提高而上升、能把賽車緊緊壓在外牆上的空氣力學下壓力。

此時賽車的速度必須非常、非常快。詹金斯寫道:「賽車呼嘯而過的速度,快到我們根本看不清賽車上的廣告商標。」我去看印第500賽車時坐在第三與第四彎之間,算是比較短而車速較慢的賽段,但還是快到連米爾斯的賽車都糊成一團,最終奪冠的安瑟,他的賽車也好不到哪去。

萊斯特大學的學生計算了兩種賽車:重達1390公斤的奧迪TT道路版跑車,與700公斤的潘思科–瑞納德本田(Penske-Reynard Honda)開輪式賽車。詹金斯寫道:「在印第賽車場目光所及都是潘思科的商標,連睡覺時都看得到。」當時速高達240公里時,潘思科賽車便能像黏在車手防火服上的艾克森美孚商標一樣,緊緊貼在賽道外牆上不會掉下來,但較重的奧迪則會掉落而摔得粉碎。

這些年輕的物理學家下結論:「只要開適當的賽車,垂直賽道在理論上是可行的。然而這種賽道的造價高昂,而且發生事故時太危險,因此不大可能成真。」對此詹金斯提出另一個建議:「我有一個讓比賽更刺激,同時證明誰才是最佳車手的做法:逆向行駛。」

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2014年第149期7月號】