Articles

Roller Coaster Science: Thrills, hidegrázás, and Physics

az első hullámvasút Coney Island-en, amely 1884 júniusában nyílt meg, alig értékelné a modern Vidámpark gyerekkori részét. A” Switchback Railway ” mindössze hat mérföld / óra sebességgel haladt a szelíd dombok sorozatán.

manapság a hullámvasutak hurokmentesítést tesznek lehetővé, 38 emeletet üvöltve küldhetnek fel, hogy pillanatnyilag gravitációtól mentesen emelkedjenek fel, sőt még egy vállhámra is felakaszthatnak, végtagok lógnak, dugóhúzókon, kapcsolókon és kobra fordulásokon keresztül lövöldöznek, az életed a mérnöki kezekben van. Vitathatatlanul, egyetlen más szabadidős tevékenység sem teszi a fizikát annyira zsigerivé, mint a hullámvasút. Itt van egy gyors lebontás azokról az erőkről, amelyek miatt a gyomrod leesik—és megtartja a helyét.

hegymászás

a legrégebbi hullámvasutakon az első domb (más néven “emelő domb”) mindig a legmagasabb volt, hogy kihasználja potenciális energiáját, amely a vonat tömegének, a földi gravitáció szokásos gyorsulásának (9,8 méter másodpercenként négyzet) és a domb magasságának eredménye. A potenciális energiát az objektumokba fektetik a rendszerben elfoglalt helyzetük alapján-ebben az esetben egy gravitációs mezőben.

(valójában más típusú potenciális energia is létezik. Van rugalmas potenciális energia, amelyet valamilyen rugalmas tárgy deformációja okoz (például egy rugóhoz rögzített labda, amelyet kinyújtottak), valamint az elektromos potenciális energia és a mágneses potenciális energia is.

amikor a hullámvasút elindul lefelé a dombról, kinetikus energiát nyer, és elveszíti a potenciális energiát. A felvonó domb alján a vonat mozgási energiája a legmagasabb ponton van, amely a pályán lesz, elég ahhoz, hogy a kisebb dombok és kanyarok sorozatán keresztül tolja.

Squash and Stretch

a G-force egy olyan kifejezés, amely sokat vesz igénybe, de valójában nem igazán megfelelő “erő”; ez a gyorsulás terméke. A Földön 1 g-os környezetben vagy.gyorsulj el vagy ugyanabba az irányba, mint a Föld húzza a testedet, és egyenlő és ellentétes reakciót hozol létre, amit a súlyodban érezhetsz.

amikor felfelé gyorsulsz egy hullámvasúton, a hozzáadott Gs (néha “pozitív G” – nek nevezik) úgy érzi, mintha nehezebb lenne és lefelé nyomódna. Hasonlóképpen, ha lefelé gyorsul (például egy hullámvasútba szíjazva, amely egy dombról merül le), negatív G-erőket tapasztalhat meg, amelyek felemelnek az ülésedből.

a G-erők ellenőrzése az egyik elsődleges szempont a hullámvasút tervezésében—a túl sok g vagy a túl gyors átmenet a pozitív és a negatív G között az izgalmasból kényelmetlen vagy akár veszélyes is lehet.

a

fordulás vízszintes fordulat körüli gyorsulása szintén G-erőt hoz létre, ebben az esetben ” oldalsó G.”Ha elég erős, az oldalsó Gs néha az utasokat a vonatkocsi oldalához dobhatja. Ennek elkerülése érdekében a hullámvasutakat gyakran hajlított fordulatokkal építik. Ez segít az oldalsó g egy részének pozitív vagy negatív G-vé alakításában, csökkentve a csúszás mennyiségét.

a hurok menete

hogyan marad a helyén egy hurok-de-hurok alatt? Ismét ez a fizika egy másik egyensúlya. Az ívelt út mentén történő mozgás centripetális gyorsulást hoz létre, amely a görbe által rajzolt képzeletbeli kör közepére mutat. Azonban a helyén marad, mert van egy másik tényező: tehetetlenség. A tested természetesen egyenes úton akar haladni, és ez a centripetális gyorsulással kombinálva azt az érzést kelti, hogy kifelé tolódik—ezt a jelenséget néha “centrifugális erőnek” nevezik, bár a G-erőhöz hasonlóan ez nem igazán megfelelő erő.

ha megnézünk egy modern hullámvasutat, észrevehetjük, hogy a hurok-de-hurkok inkább könnycseppekhez, mint körökhöz hasonlítanak. Ez a forma, az úgynevezett klotoid, egyszerű fizikát használ, hogy megkönnyítse mind a vonaton, mind az utasokon. A legfontosabb tényező az a tény, hogy ellentétben egy kör alakú hurokkal, amelynek egyetlen sugara van, a klotoid hurok tetején kisebb sugár van.

a sugarak különbsége azért fontos, mert ahhoz, hogy egy vonat teljesítsen egy hurkot, a kocsik centripetális gyorsulásának nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie a gravitáció gyorsulásával. Mivel a centripetális gyorsulás a sebesség négyzetének szorzata osztva a hurok sugarával, a felső sugár csökkenése automatikusan növeli a felső centripetális gyorsulást. Így a vonatnak nem kell hihetetlenül gyorsan haladnia a hurok befejezéséhez. Amint a vonat kilép a hurokból, a hurok alján lévő szélesebb sugár természetesen csökkenti a centripetális gyorsulást, ami viszont csökkenti a motorosokra kivetett Gs mennyiségét.

a klotoidokba és a loop-de-loopok fizikájába való mélyebb merüléshez nézze meg ezt a tájékoztató oldalt, amelyet a Göteborgi Egyetem és a svéd Liseberg vidámpark készített.

remélhetőleg eleget tudsz majd a hullámvasutak mögött meghúzódó erőkről, hogy szórakoztasd a barátaidat és a családodat, miközben mindannyian sorban állnak, hogy megtapasztalják a fizika izgalmas rémét.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.