منذ الأيام الأولى من سباق السيارات، وقد بذلت محاولات لهندسة السيارات التي سوف تسير بشكل أسرع والتعامل مع أفضل. الفرق بين الفوز والخسارة يمكن أن يقاس في كثير من الأحيان في كسور من الثانية. الوزن الزائد يمكن أن يؤدي إلى أبطأ مرات، ولكن زاوية الأنف السيارة وقدرة السيارة على "عصا" على المنحنيات هي أيضا حاسمة للأداء. خلايا الحمل يمكن أن تساعد في تحسين الأداء، وأنها تستخدم حاليا في جميع أنحاء صناعة سباق السيارات من ناسكار إلى إهرا.
بعبارات بسيطة، خلية الحمل هو جهاز استشعار باستخدام تكنولوجيا قياس سلالة. عندما يتم تطبيق القوة، فإنه يسبب تشوه أو الحركة التي يمكن قياسها. الإفراج عن القوة تنتج أيضا تغيير قابل للقياس. ومع ذلك، فإن خلايا الحمل نفسها هي أجهزة سلبية، ميكانيكية، ويجب ربطها بجهاز ثان، مثل جهاز كمبيوتر أو شاشة رقمية، لإنتاج بيانات ذات معنى.
لفهم كيف يمكن لخلايا الحمل أن تكون مفيدة لسيارات السباق، والنظر في بعض القوانين الأساسية للفيزياء. ينص قانون نيوتن الثالث للحركة على أنه كلما تم تطبيق القوة، سيتم توليد كمية متساوية من القوة في الاتجاه المعاكس. ولعل المثال الأكثر وضوحا في العالم الحقيقي الذي يعرفه معظم الناس هو ما يحدث لشاغلي السيارة أثناء الكبح في حالات الطوارئ، ويسمى عادة وقف الذعر. ومع إلقاء القبض على زخم السيارة، تواصل جثث الركاب المضي قدما بالسرعة السابقة. هذا يتماشى مع القانون الثاني نيوتن - أن الكائنات في الحركة تميل إلى البقاء في الحركة ما لم تواجه قوة خارجية. ومع ذلك، وبمجرد توقف الزخم الأمامي للركاب، ستضطر أجسادهم إلى الوراء بنفس القوة التي يتقدمون بها.
القانون الثاني للفيزياء تشارك مع خلايا الحمل للسباق هو مفهوم الجاذبية، أو الداخل، والقوة. النظر في الركاب في السيارة التي تجعل بدوره اليمنى بمعدل عال من السرعة. خلال دوران، وسوف يشعرون أنهم يتم نقلها إلى اليسار. في الواقع، فإن أجسادهم تحاول مواصلة التحرك في خط مستقيم (قانون نيوتن الثاني)، والذي لم يعد ممكنا لأن السيارة نفسها قد اتخذت اتجاها جديدا.
على الرغم من أن خصائص أخرى للفيزياء تنطبق فضلا عن الرياضيات وراء عوامل مثل زاوية من دوره المصرفي نسبة إلى السرعة، لا يمكن اكتساب القليل من خلال مناقشة لهم في هذه المرحلة. المثالين المذكورين يكفيان لفهم ما يحدث لسيارة سباق بسرعة عالية ولماذا تساعد خلايا الحمل المهندسين على تحسين الأداء. ومع ذلك، ينبغي أن يلاحظ أن مركز السيارة من الجاذبية وعزم المحور الخلفي تلعب أدوارا مهمة في الحفاظ على أنف السيارة إلى أسفل، والذي بدوره يسمح سرعات أكبر قليلا.
قوانين الفيزياء مناقشتها توفر القرائن اللازمة لفهم لماذا السيارات سباق تدور في بعض الأحيان أو الانزلاق جانبية على المنحنيات. العجلات تتحول، ولكن الهيكل يريد أن يستمر في خط مستقيم. حتى لو كان السائق يحتفظ بالسيطرة على السيارة، يمكن أن تضيع ميلي ثانية الثمينة. إذا كان السائق يجب أن يبطئ قبل دخول منعطفا، يمكن أن تضيع المزيد من الوقت.
وهناك مشكلة مختلفة (ولكن ذات صلة) موجودة عندما تواجه السيارة عثرة في الرصيف. الصدمات والينابيع ضغط للتخفيف من التنافر، لكنها ثم ترتد مرة أخرى. إذا كانت الصدمة شديدة، فإن الارتداد الناتج قد يجبر أنف السيارة حتى أعلى مما كان عليه قبل العثرة. كان الحفاظ على أنف السيارة الملتصقة بالمسار (من الناحية المجازية) هدفا منذ الأيام الأولى للسباقات لأنه يزيد من السرعات.
تسمح خلايا الحمل للمهندسين بقياس الوزن المدعوم من كل إطار وحركة كل عجلة أثناء العمليات الفعلية. البيانات يمكن أن تكشف عن كيفية استجابة الشاسيه لمختلف السرعات، المطبات، الكبح الثابت والانعطافات. وهذا يسمح للمهندسين بإجراء تعديلات - أحيانا تغييرات صغيرة للغاية - لتحسين الأداء.
دراسة حالة يمكن أن توفر نظرة إضافية. فريق كورنيل سباق فسي يستخدم خلايا الحمل للمساعدة في تحسين الأداء. تقام مسابقة الفورمولا ساي سنويا مع 140 مدرسة و 12 دولة ممثلة. فريق كورنيل يضع في أفضل 10 كل عام تقريبا، وفاز كورنيل بطولة العالم سبع مرات.
اختار الفريق خلايا محول "ملب-1k خلايا الحمل لقياس القوى التي تمارس على كل من زوايا السيارة و سب-3K خلية الحمل لقياس القوى التي تعرضت للنظام الفرعي قطار محرك الأقراص. وسمحت البيانات التي تم جمعها للفريق لتحسين نظام التعليق، وقطع غير معلقة والعديد من المناطق داخل مونوبود مركب. كما سمح أيضا بتحديد دقيق لحركة التعب في مكونات قطار القيادة. ونتيجة لذلك، كان فريق التصميم قادرا على حلق الوزن من جميع المجالات الأربعة. (مقابلة فيديو مع ثلاثة من أعضاء فريق كورنيل متاحة من خلال النقر على هذا الرابط.)
وعلى الرغم من أن سيارات السباق تستخدم في المقام الأول خلايا الحمل لأنظمة التعليق، فإن المهندسين يستخدمون حاليا خلايا الحمل أو يختبرونها في مناطق أخرى. وقد تم تجهيز العديد من الدراجات مع خلايا تحميل شريط ويلدي لقياس قوات الاطلاق التي تمارس على شريط عجلة القيادة. ويمكن لخلايا الحمل أن تقيس القوة التي تمارسها عملية نقل السرعات من قبل السائق للمساعدة في تحديد كيفية ارتباطها بتردد الإرسال. الفرامل هي منطقة أخرى يمكن أن تستخدم خلايا الحمل، لأن الفرامل في سباق السيارات تستجيب للضغط الذي تمارسه السائق بدلا من السفر دواسة. ولا شك أن مهندسي السباقات سيستمرون في اكتشاف استخدامات جديدة لخلايا الحمل لتحسين الأداء.