Articles

Roller Coaster Science: Spenning, Kulderystelser Og Fysikk

Den første bergbanen På Coney Island, som åpnet i juni 1884, ville knapt rangere i kiddie-delen av en moderne fornøyelsespark. “Switchback Railway” trundled sammen på bare seks miles i timen over en rekke milde åser.

i Dag kan rulleskøyter sette deg gjennom loop-de-loops, sende deg skrikende opp 38 historier for å øyeblikkelig stige opp uten tyngdekraften, og til og med henge deg fra en skulder sele, lemmer a-dingle, skyte gjennom korkskruer og switchbacks og cobra svinger, med livet ditt i hendene på engineering. Uten tvil, ingen annen fritidsaktivitet gjør fysikk ganske så visceral som berg-og dalbane. Her er en rask sammenbrudd av kreftene som får magen til å falle—og holde deg i setet ditt.

Klatring Bakken

på de eldste berg-og dalbaner, den første bakken (også kjent som “lift hill”) var alltid den høyeste, slik som å utnytte sin potensielle energi, som er produktet av togets masse, standard akselerasjon av tyngdekraften På Jorden (9,8 meter per sekund kvadrat), og høyden på bakken. Potensiell energi investeres i objekter basert på deres posisjon i et system-i dette tilfellet i et gravitasjonsfelt.

(det finnes faktisk andre typer potensiell energi også. Det er elastisk potensiell energi forårsaket av deformasjon av noe elastisk objekt (for eksempel en ball festet til en fjær som er strukket ut), og elektrisk potensiell energi og magnetisk potensiell energi også.)

når bergbanen begynner å fly nedover bakken, får den kinetisk energi og mister potensiell energi. På bunnen av løftebakken er togets kinetiske energi på det høyeste punktet, det vil være på banen, nok til å skyve det gjennom rekken av mindre åser og svinger.

Squash Og Stretch

G-force er et begrep som blir bandied om mye, men det er egentlig ikke en riktig “kraft”; Det er et produkt av akselerasjon. På Jorden er du i et miljø på 1 G. Akselerere vekk fra Eller i samme retning Som Jordens trekk på kroppen din, og du skaper en lik og motsatt reaksjon som du kan føle i vekten din.

når du akselererer oppover på en berg-og dalbane, får den ekstra Gs (noen ganger kalt “positiv G”) det til å føle at du er tyngre og blir presset nedover. På samme måte, når du akselererer nedover (som mens du er festet til en berg-og dalbane som dykker ned en bakke), kan du oppleve negative G-krefter som løfter deg opp fra setet ditt.

Kontroll Av G-krefter Er en av de viktigste bekymringene i berg-og dalbane design-for mange Gs, eller for rask overgang mellom positiv Og negativ G, kan tippe fra spennende til ubehagelig eller farlig.

Å Gjøre Svingen

Akselerere rundt en horisontal sving skaper Også G-kraft, i dette tilfellet kalt ” lateral G.”Hvis sterk nok, kan lateral Gs noen ganger kaste passasjerer mot siden av en togbil. For å unngå dette, er rulleskøyter ofte bygget med bankede svinger. Dette bidrar til å konvertere noen av den laterale G til en positiv Eller negativ G, noe som reduserer mengden du skyver om.

Threading Loop

Hvordan holder du deg i setet ditt under en loop-de-loop? Igjen er det en annen balanse mellom fysikk. Bevegelse langs en buet bane skaper centripetal akselerasjon, som peker mot midten av den imaginære sirkelen trukket av kurven. Men du blir i setet ditt fordi det er en annen faktor i spill: treghet. Kroppen din vil naturligvis fortsette å gå i en rett vei, og dette kombinert med sentripetal akselerasjon skaper en følelse av å bli presset utover—et fenomen som noen ganger kalles “sentrifugalkraft”, men som G-force er det egentlig ikke en riktig kraft.

hvis du ser på en moderne berg-og dalbane, kan du legge merke til at loop-de-loops er formet mer som tårer enn som sirkler. Denne formen, kalt en clothoid, bruker enkel fysikk for å gjøre det lettere på både tog og passasjerer. Nøkkelfaktoren er at i motsetning til en sirkulær sløyfe, som har en enkelt radius, har klutoidsløyfen en mindre radius på toppen.

forskjellen i radier er viktig fordi, for at et tog skal fullføre en løkke, må centripetalakselerasjonen av bilene være mer enn eller lik tyngdekraften. Siden sentripetal akselerasjon er produktet av hastigheten kvadrert dividert med radius av sløyfen, øker reduksjonen i radiusen øverst automatisk sentripetalakselerasjonen øverst. Dermed trenger toget ikke å reise utrolig fort for å fullføre løkken. Når toget går ut av løkken, reduserer den bredere radiusen på bunnen av løkken naturlig sentripetalakselerasjonen, noe som igjen reduserer Mengden Gs pålagt rytterne.

for et dypere dykk inn i klutoider og fysikken i loop-de-loops, sjekk ut denne informative siden produsert av Universitetet I Gøteborg og Sveriges Liseberg fornøyelsespark.

nå, forhåpentligvis, vil du vite nok om kreftene bak berg-og dalbaner for å holde venner og familie underholdt mens dere alle vente i kø for å oppleve den spennende terror av fysikk.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.