Vuoristoratade füüsika on ühtaegu keeruline ja lihtne, kuid ilma selle teadusharu mõjuta ei liiguks need hämmastavad lõbustussõidud tolligi.
Mis on füüsika?
Füüsika uurib ainet ja energiat ning seda, kuidas erinevad jõud üksteisega suhtlevad ja mõjutavad. Gravitatsioonist kiirendusest hõõrdumiseni – füüsika on kõigi rullnokkade eduka toimimise taga põhiteadus. Olenemata sellest, kas sõiduks on lihtne lastealus või keerukas karjumismasin, peavad kõik need ohutuks ja tõhusaks tööks järgima samu füüsikapõhimõtteid.
Vuoristoranide füüsika: põhimõisted
Kõige elementaarsem füüsika eeldus, mis rullnokasid mõjutab, on kõnekäänd "mis läheb üles, peab ka alla tulema." Protsess, kuidas see "allatulek" väänatakse silmusteks, kõverateks, mägedeks ja ümberpööramisteks, nõuab aga rohkem eriteadmisi. Peamised rannasõidufüüsika kontseptsioonid on järgmised:
- Gravitatsioon: Gravitatsioon on jõud, mis tõmbab kõik objektid Maa keskpunkti poole ja on kõige olulisem rullnokkadega seotud füüsikakontseptsioon. Sisuliselt, kui rullnokk eraldub esialgsest keti tõste- või tõukejõust, tagab gravitatsioon selle, et see lõpetab oma kursi mööda rada. Ratturid tunnetavad ka gravitatsiooni nii positiivsete kui ka negatiivsete jõududena, mis näivad suruvat ratturid sügavamale istmesse või tõmbavad nad se alt välja. See on põnev tunne, mida paljud põnevuse otsijad naudivad.
- Potentsiaalne energia ja kineetiline energia: need kaks seotud mõistet reguleerivad rannasõidu kiiruse ja kõrguse muutusi. Lihtsam alt öeldes, mida kõrgemal on objekt maapinnast, seda rohkem on sellel potentsiaalset energiat – see tähendab potentsiaali kukkudes kiirust suurendada. Maa poole langedes muutub see potentsiaalne energia kineetiliseks energiaks ehk liikumisenergiaks. Kahe energialiigi summa on konstantne, kuid rullnokk peab säilitama piisava tasakaalu potentsiaalse ja kineetilise energia vahel, et pakkuda põnevat sõitu.
- Kiirendus: Kiirendus, mida sageli segi aetakse kiirusega, on tegelikult kiiruse muutus – mis võib olla kas kiiruse või suuna muutus. Seetõttu kiirendab rullnokk läbi silmuste ja kurvide isegi siis, kui selle kiirus jääb konstantseks.
- Hõõrdumine: Füüsikavalemid ja arvutused peavad rullnokkade võtmetegurina sisaldama hõõrdumist, sest hõõrdumine on jõud, mis võib sõitu oluliselt aeglustada. Kontakt rongi ja õhu ning rataste ja rööbastee vahel tekitab sõidule hõõrdumist.
Füüsika lisakontseptsioonid
Lisaks neile rullnokkade füüsika põhiprintsiipidele mõjutavad rannasõidulaevade tööd ka teised füüsikakontseptsioonid, mis on ohutu ja lõbusa sõidu jaoks sama olulised.
- Rõhk: paljusid Vuoristorata pidurisüsteeme juhib õhurõhk ja see rõhk peab olema piisav, et peatada nii tühjad kui ka koormatud rongid, ilma reisijaid vigastamata või liigset pinget avaldamata. sõidu struktuur.
- Optika: optilised andurid aitavad arvutisüsteemidel juhtida sõidu asukohta ja toimimist.
- Magnetism: Paljud kõrgtehnoloogilised sõidud kasutavad elektromagneteid kas tõukejõuna või pidurdajana ning magnetid peavad olema ohutuks tööks täpselt ajastatud ja kalibreeritud.
- Elekter: Õige elekter on rullnokkade jaoks ülioluline, alates sõidu tegelikust juhtimisest kuni seda kaunistavate tulede sisselülitamiseni.
Rohkem teadusvajadusi
Füüsika pole ainus teadus, mis on vajalik sujuv alt toimivaks põnevaks rullnokkamiseks. Sõidu kavandamisel peavad insenerid ja pargiametnikud arvestama ka:
- Bioloogia: See, kuidas sõidust tingitud pinged sõitjaid mõjutab, on oluline tegur, mis määrab, kas sõit on nauditav või valus või mitte. Väga halvasti disainitud sõit võib põhjustada isegi teadvuse katkemist, peavalu ja muid vigastusi.
- Geoloogia: Kaasaegsed terasest rullnokad kaaluvad sadu tonne ja pargi geoloogia alane mõistmine on vajalik, et rannasõidulaev asetada stabiilsele ja toetavale pinnale. Cedar Point on näide pargist, mis peab sellele erilist tähelepanu pöörama, sest selle 17 rulluisku paiknevad piki järve kaldal ja ümber soise laguuni.
- Klimatoloogia: Kliima, milles sõidu toimub, võib oluliselt mõjutada selle ehitamiseks kasutatavaid materjale.
- Psühholoogia: kuidas sõidule nime antakse, kaunistatakse ja reklaamitakse, on sõitjate meelitamiseks vaja üksikasjalikult mõista psühholoogiat.
Füüsika õppimine rullnokkadega
Kuna Vuoristorata projekteerimiseks, ehitamiseks ja käitamiseks kasutatakse nii palju teaduslikke kontseptsioone, korraldavad paljud lõbustuspargid füüsikapäeva üritusi ja kutsuvad kohalikke koole proovile panema oma teadmisi pargi sõitude vastu. Füüsikaõpetajad võivad nõuda õpilastelt kiiruste, nurkade, kiiruse, kiirenduse ja muude Vuoristorata faktide mõõtmist, et vastata küsimustele, samas kui mõned pargid pakuvad pürgivatele Vuoristorata inseneridele võistlusi, et nad saaksid ise oma sõidud kavandada ja mudeleid ehitada. See võib olla lõbus ja hariv üritus füüsikaõpilastele algkoolist kõrgkoolini.
Lisaressurss
Kas olete huvitatud rullnokkade füüsikast rohkem teada saama? Proovige veebipõhist Funderstanding Roller Coasterit, kus saate kohandada küngaste, vertikaalsete aasade, hõõrde- ja gravitatsioonijõudude suurust, treenida massi ja muid tegureid, et näha füüsikakontseptsioone töös.