Fizica roller coasterelor este atât complexă, cât și simplă, dar fără influența acestei ramuri a științei, aceste plimbări uimitoare de distracție nu s-ar mișca nici măcar un centimetru.
Ce este fizica?
Fizica este studiul materiei și energiei și modul în care diferitele forțe din fiecare interacționează și se influențează unele pe altele. De la gravitație la accelerație la frecare, fizica este știința cheie din spatele funcționării cu succes a tuturor roller coaster-urilor. Indiferent dacă o plimbare este un simplu coaster pentru copii sau o mașină de tip elaborat, toate trebuie să urmeze aceleași principii fizice pentru o funcționare sigură și eficientă.
Fizica roller coasterelor: concepte cheie
Cea mai elementară premisă a fizicii care afectează montagne russe este zicala „ce urcă trebuie să coboare”. Procesul prin care acea „coborâre” este răsucită în bucle, curbe, dealuri și inversiuni necesită totuși cunoștințe mai specializate. Conceptele cheie de fizică a coastelor includ:
- Gravitația: Gravitația este forța care atrage toate obiectele spre centrul Pământului și este cel mai important concept de fizică legat de roller coasters. În esență, odată ce un roller coaster se decuplează de forța inițială de ridicare a lanțului sau de propulsie, gravitația asigură că își finalizează cursul de-a lungul pistei. Gravitația este simțită și de călăreți în ceea ce privește atât forțele pozitive, cât și negative, care par să-i împingă mai adânc în scaune sau să-i tragă din ele, o senzație incitantă pe care mulți căutători de senzații tari o bucură.
- Energia potențială și energia cinetică: Aceste două concepte înrudite guvernează schimbările în viteza și înălțimea unui coaster. Pur și simplu, cu cât un obiect este mai sus de sol, cu atât are mai multă energie potențială - adică potențialul de a câștiga viteză pe măsură ce cade. Pe măsură ce cade spre pământ, acea energie potențială se transformă în energie cinetică sau energie de mișcare. Suma celor două tipuri de energie este constantă, dar un roller coaster trebuie să mențină un echilibru adecvat al energiilor potențiale și cinetice pentru a oferi o plimbare palpitantă.
- Accelerație: Frecvent confundată cu viteza, accelerația este de fapt o schimbare a vitezei – care poate fi o schimbare a vitezei sau a direcției. Prin urmare, un roller coaster accelerează prin bucle și curbe chiar dacă viteza lui rămâne constantă.
- Friction: Formulele fizice și calculele trebuie să includă frecarea ca factor cheie pentru roller coaster, deoarece frecarea este o forță care poate încetini semnificativ o plimbare. Contactul dintre tren și aer și între roți și șină impun toate frecarea călătoriei.
Concepte suplimentare de fizică
Pe lângă aceste principii cheie pentru fizica roller coasterelor, alte concepte de fizică afectează și modul în care funcționează coastele și sunt la fel de esențiale pentru o călătorie sigură și distractivă.
- Presiune: Multe sisteme de frânare de tip roller coaster sunt operate de presiunea aerului, iar această presiune trebuie să fie suficientă pentru a opri atât trenurile goale, cât și cele încărcate, fără a răni pasagerii sau a exercita prea mult stres asupra structura călătoriei.
- Optics: Senzorii optici ajută sistemele computerizate să controleze unde este călătoria și cum funcționează.
- Magnetism: Multe curse high tech folosesc electromagneți fie ca formă de propulsie, fie ca formă de frânare, iar magneții trebuie să fie cronometrați și calibrați cu precizie pentru o funcționare în siguranță.
- Electricitate: Electricitatea adecvată este vitală pentru montagne russe, de la rularea efectivă a călătoriei până la alimentarea luminilor care o decorează.
Mai multe necesități științifice
Fizica nu este singura știință necesară pentru un roller coaster care funcționează fără probleme. Atunci când o cursă este proiectată, inginerii și oficialii parcului trebuie să ia în considerare și:
- Biologie: Modul în care stresul călătoriei îi va afecta pe călăreți este un factor major pentru a stabili dacă călătoria este plăcută sau dureroasă. O călătorie foarte prost proiectată poate duce chiar la întreruperi de curent, dureri de cap și alte răni.
- Geologie: roller coasterele moderne din oțel cântăresc sute de tone, iar o înțelegere acută a geologiei parcului este necesară pentru a poziționa coasterul pe o suprafață stabilă, de susținere. Cedar Point este un exemplu de parc care trebuie să acorde o atenție deosebită acestui lucru, deoarece cele șaptesprezece montagne russe ale sale sunt poziționate de-a lungul malului unui lac și în jurul unei lagune mlăștinoase.
- Climatologie: Clima în care este construită o plimbare poate afecta foarte mult tipurile de materiale folosite pentru construcția acesteia.
- Psihologie: Cum este numită, decorată și promovată o plimbare necesită o înțelegere detaliată a psihologiei pentru a atrage călăreți.
Studiarea fizicii cu roller coasters
Deoarece există atât de multe concepte științifice folosite pentru a proiecta, construi și exploata un roller coaster, multe parcuri de distracție găzduiesc evenimente de Ziua Fizicii și invită școlile locale să-și testeze cunoștințele față de plimbările parcului. Profesorii de fizică pot solicita elevilor să măsoare viteze, unghiuri, viteza, accelerație și alte date despre roller coaster pentru a răspunde la întrebări, în timp ce unele parcuri oferă concursuri pentru aspiranții ingineri de roller coaster pentru a-și proiecta propriile curse și a construi modele. Acesta poate fi un eveniment distractiv și educațional pentru studenții la fizică, de la școala elementară până la colegiu.
Resursă suplimentară
Interesat să afli mai multe despre fizica roller coaster-urilor? Încercați online Funderstanding Roller Coaster, unde puteți ajusta dimensiunile dealurilor, buclelor verticale, forțele de frecare și gravitație, masele trenului și alți factori pentru a vedea conceptele de fizică în acțiune.
