Articles

Roller Coaster știință: emoții, frisoane și fizică

primul roller coaster de la Coney Island, care a fost deschis în iunie 1884, abia ar fi evaluat în secțiunea pentru copii a unui parc de distracții modern. “Switchback Railway” trundled de-a lungul la doar șase mile pe oră pe o serie de dealuri blânde.

în zilele noastre, montagne russe vă poate pune prin bucla-de-bucle, trimite țipând până 38 etaje pentru a ridica momentan liber de gravitație, și chiar te atârna de un ham de umăr, membrele a-legăna, tirbușon și switchbacks și cobra se transformă, cu viața în mâinile de inginerie. Fără îndoială, nici o altă activitate de agrement nu face fizica atât de viscerală ca roller coaster-ul. Iată o defalcare rapidă a forțelor care determină scăderea stomacului—și vă mențin în scaun.

urcând Dealul

pe cele mai vechi montagne russe, primul deal (cunoscut și sub numele de “dealul ascensorului”) a fost întotdeauna cel mai înalt, astfel încât să-și exploateze energia potențială, care este produsul masei trenului, accelerația standard a gravitației pe Pământ (9,8 metri pe secundă pătrat) și înălțimea dealului. Energia potențială este investită în obiecte pe baza poziției lor într—un sistem-în acest caz, într-un câmp gravitațional.

(există de fapt și alte tipuri de energie potențială. Există energie potențială elastică cauzată de deformarea unui obiect elastic (cum ar fi, să zicem, o minge atașată la un arc care a fost întins) și energie potențială electrică și energie potențială magnetică, de asemenea.)

când roller coaster-ul începe să zboare pe deal, câștigă energie cinetică și pierde energie potențială. În partea de jos a dealului de ridicare, energia cinetică a trenului este în cel mai înalt punct pe care va fi pe pistă, suficient pentru a-l împinge prin succesiunea dealurilor și virajelor mai mici.

Squash și Stretch

G-force este un termen care devine vehiculat foarte mult, dar de fapt nu este o “forță” adecvată; este un produs al accelerației. Pe Pământ, vă aflați într-un mediu de 1 G. accelerați departe de sau în aceeași direcție cu atracția pământului asupra corpului vostru și creați o reacție egală și opusă pe care o puteți simți în greutatea voastră.

când accelerați în sus pe un roller coaster, GS adăugat (uneori numit “G pozitiv”) face să simțiți că sunteți mai greu și că sunteți strivit în jos. De asemenea, atunci când accelerați în jos (cum ar fi în timp ce sunteți legat într-un roller coaster care se scufundă pe un deal), puteți experimenta forțe g negative care vă ridică din scaun.

controlul forțelor G este una dintre preocupările principale în proiectarea roller coaster—prea multe Gs, sau o tranziție prea rapidă între G pozitiv și negativ, se pot înclina de la palpitant la inconfortabil sau chiar periculos.

efectuarea virajului

accelerarea în jurul unei viraje orizontale creează, de asemenea, forța G, în acest caz numită “lateral G.”Dacă este suficient de puternic, GS lateral poate arunca uneori pasagerii pe partea laterală a unui vagon de tren. Pentru a evita acest lucru, roller-coasterele sunt adesea construite cu viraje înclinate. Acest lucru ajută la conversia unei părți din G lateral într-un G pozitiv sau negativ, reducând cantitatea pe care o glisați.

filetarea buclei

cum stați în scaun în timpul unei bucle-de-buclă? Din nou, este un alt echilibru al fizicii. Mișcarea de-a lungul unei căi curbate creează o accelerație centripetă, care indică centrul cercului imaginar tras de curbă. Cu toate acestea, rămâneți pe locul dvs. pentru că există un alt factor în joc: inerția. Corpul tău vrea în mod natural să continue să meargă pe o cale dreaptă, iar acest lucru combinat cu accelerația centripetă creează un sentiment de a fi împins spre exterior—un fenomen numit uneori “forță centrifugă”, deși ca forța G nu este cu adevărat o forță adecvată.

dacă te uiți la un roller coaster modern, s-ar putea să observi că buclele de bucle sunt mai mult ca niște lacrimi decât ca niște cercuri. Această formă, numită clothoid, folosește fizica simplă pentru a ușura atât trenul, cât și pasagerii. Factorul cheie este faptul că, spre deosebire de o buclă circulară, care are o singură rază, bucla clothoid are o rază mai mică deasupra.

diferența de raze este importantă deoarece, pentru ca un tren să completeze o buclă, accelerația centripetă a mașinilor trebuie să fie mai mare sau egală cu accelerația gravitației. Deoarece accelerația centripetă este produsul vitezei pătrate împărțit la raza buclei, scăderea razei din partea de sus crește automat accelerația centripetă din partea de sus. Astfel, trenul nu trebuie să călătorească incredibil de repede pentru a finaliza bucla. Pe măsură ce trenul iese din buclă, raza mai largă din partea de jos a buclei scade în mod natural accelerația centripetă, care la rândul său scade cantitatea de Gs impusă călăreților.

pentru o scufundare mai profundă în clothoide și fizica loop-de-loops, consultați această pagină informativă produsă de Universitatea din Gothenburg și Parcul de distracții Liseberg din Suedia.

acum, sperăm, veți ști suficient despre forțele din spatele roller-coastere pentru a menține prietenii și familia distrați în timp ce toate așteptați în linie pentru a experimenta teroarea palpitant de fizica.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.