Articles

Horská Dráha Vědy: Vzrušení, Zimnice, a Fyzika

první horské dráze na Coney Island, který se otevřel v červnu 1884, by sotva sazby v dětském oddíle moderní zábavní park. “Switchback Railway” se táhla rychlostí pouhých šest mil za hodinu přes řadu mírných kopců.

v Dnešní době, horské dráhy může dát přes loop-de-smyčky, poslat křičet 38 příběhy na okamžik povstat zdarma gravitace, a dokonce pověsit vás z ramenními popruhy, končetiny-houpat, střelba přes vývrtky a serpentinami a cobra otočí, se svým životem v rukou inženýrství. Pravděpodobně, žádná jiná volnočasová aktivita nedělá fyziku tak viscerální jako horská dráha. Zde je rychlý rozpis sil, které způsobují pokles žaludku—a udržují vás na svém místě.

Lezení na Kopec

Na nejstarší horské dráhy, první kopec (také známý jako “výtah hill”), byla vždy nejvyšší, tak, aby se využil jejich potenciál energie, který je produktem vlak je hmotnost, standardní gravitační zrychlení na Zemi (9,8 metrů za sekundu na druhou), a výška kopce. Potenciální energie je investována do objektů na základě jejich polohy v systému-v tomto případě v gravitačním poli.

(ve skutečnosti existují i jiné typy potenciální energie. Existuje elastická potenciální energie způsobené deformací některých elastické objekt (jako, řekněme, míč připojené k spring, které je natažené), a elektrické potenciální energie a magnetické energie, stejně.

když horská dráha začne létat z kopce, získává kinetickou energii a ztrácí potenciální energii. Ve spodní části výtahového kopce je kinetická energie vlaku v nejvyšším bodě, který bude na trati, natolik, aby jej protlačil sledem menších kopců a zatáček.

Squash a Stretch

G-force je termín, který se dostane bandied o hodně, ale ve skutečnosti to není opravdu správné “síly”; je to součin zrychlení. Na zemi jste v prostředí 1 g. Zrychlete směrem od nebo ve stejném směru jako zemský tah na vaše tělo a vytvoříte stejnou a opačnou reakci, kterou můžete cítit ve své váze.

když zrychlíte nahoru na horské dráze, přidaný Gs (někdy nazývaný “pozitivní G”) způsobuje, že máte pocit, že jste těžší a jste stlačeni dolů. Podobně, když zrychlíte dolů (jako když jste připoutáni k horské dráze, která se potápí z kopce), můžete zažít negativní G-síly, které vás zvednou ze sedadla.

Ovládání G-síly je jedním z hlavních problémů v toboganu konstrukci—příliš mnoho Gs, nebo příliš rychlý přechod mezi pozitivní a negativní G, může tip od napínavé do nepříjemné, nebo dokonce nebezpečné.

provedení zatáčky

zrychlení kolem vodorovné zatáčky také vytváří sílu G, v tomto případě nazývanou ” boční G.”Pokud je dostatečně silný, boční Gs může někdy hodit cestující na stranu vlakového vozu. Aby se tomu zabránilo, horské dráhy jsou často postaveny s klopené zatáčky. To pomáhá převést některé boční G na pozitivní nebo negativní G, což snižuje množství, o které se posunete.

navlékání smyčky

jak zůstanete na svém sedadle během smyčky? Opět je to další rovnováha fyziky. Pohyb po zakřivené dráze vytváří centripetální zrychlení, které ukazuje na střed imaginárního kruhu nakresleného křivkou. Zůstanete však na svém místě, protože ve hře je další faktor: setrvačnost. Vaše tělo přirozeně chce pokračovat v přímé cestě, a to v kombinaci s dostředivé zrychlení vytváří pocit, že tlačil ven—jev se někdy nazývá “odstředivá síla”, i když jako G-force je opravdu řádnou sílu.

pokud se podíváte na moderní horskou dráhu, můžete si všimnout, že smyčky jsou tvarovány spíše jako slzy než jako kruhy. Tento tvar, nazývaný clothoid, používá jednoduchou fyziku, aby usnadnil vlak i cestující. Klíčovým faktorem je skutečnost, že na rozdíl od kruhové smyčky, která má jediný poloměr, má klotoidní smyčka nahoře menší poloměr.

rozdíl v poloměru je důležité proto, aby vlak, aby dokončit smyčky, dostředivé zrychlení auta musí být větší než nebo se rovná gravitační zrychlení. Protože dostředivé zrychlení je součinem rychlosti na druhou děleno poloměrem smyčky, snížení poloměru nahoře automaticky zvyšuje dostředivé zrychlení nahoře. Vlak tedy nemusí cestovat neuvěřitelně rychle, aby dokončil smyčku. Když vlak opustí smyčku, širší poloměr ve spodní části smyčky přirozeně snižuje dostředivé zrychlení, což snižuje množství Gs uložena na jezdci.

pro hlubší ponor do klothoidů a fyziky smyček se podívejte na tuto informativní stránku vytvořenou University of Göteborg a švédským Zábavním parkem Liseberg.

Nyní, doufejme, budete vědět dost o síly za horské dráhy, aby se vaše přátele a rodinu bavit, zatímco vy čekat ve frontě, aby zažít vzrušující hrůzu z fyziky.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.