Fizyka kolejek górskich jest zarówno złożona, jak i prosta, ale bez wpływu tej dziedziny nauki te niesamowite kolejki nie ruszyłyby się nawet o cal.
Co to jest fizyka?
Fizyka to nauka o materii i energii oraz o tym, jak różne siły oddziałują na siebie i na siebie wpływają. Od grawitacji, przez przyspieszenie, po tarcie, fizyka jest kluczową nauką leżącą u podstaw pomyślnego działania wszystkich kolejek górskich. Niezależnie od tego, czy jest to prosta kolejka górska dla dzieci, czy skomplikowana maszyna do krzyku, wszystkie muszą przestrzegać tych samych zasad fizyki, aby zapewnić bezpieczną i wydajną pracę.
Fizyka kolejek górskich: kluczowe pojęcia
Najbardziej podstawowym założeniem fizyki wpływającym na kolejki górskie jest powiedzenie „co idzie w górę, musi spaść”. Proces skręcania tego „schodzenia” w pętle, zakręty, wzgórza i inwersje wymaga jednak bardziej specjalistycznej wiedzy. Kluczowe koncepcje fizyki kolejki górskiej obejmują:
- Grawitacja: Grawitacja to siła, która przyciąga wszystkie obiekty do środka Ziemi i jest najważniejszym pojęciem fizyki związanym z kolejkami górskimi. Zasadniczo, gdy kolejka górska odłączy się od początkowego uniesienia łańcucha lub siły napędowej, grawitacja zapewnia, że kolejka górska zakończy swój bieg wzdłuż toru. Jeźdźcy odczuwają także grawitację w postaci zarówno pozytywnych, jak i negatywnych sił, które wydają się wpychać jeźdźców głębiej w siedzenia lub wyciągać z nich, co jest ekscytującym uczuciem, które uwielbia wielu poszukiwaczy mocnych wrażeń.
- Energia potencjalna i energia kinetyczna: Te dwa powiązane pojęcia regulują zmiany prędkości i wysokości kolejki górskiej. Mówiąc najprościej, im wyżej obiekt znajduje się nad ziemią, tym więcej ma energii potencjalnej – to znaczy potencjału nabrania prędkości w miarę spadania. Gdy spada w stronę ziemi, energia potencjalna zmienia się w energię kinetyczną, czyli energię ruchu. Suma tych dwóch rodzajów energii jest stała, ale kolejka górska musi utrzymywać odpowiednią równowagę energii potencjalnej i kinetycznej, aby zapewnić ekscytującą jazdę.
- Przyspieszenie: Często mylone z prędkością, przyspieszenie jest w rzeczywistości zmianą prędkości - która może być zmianą prędkości lub kierunku. Dlatego kolejka górska przyspiesza pokonując pętle i zakręty, nawet jeśli jej prędkość pozostaje stała.
- Tarcie: Wzory i obliczenia fizyczne muszą uwzględniać tarcie jako kluczowy czynnik w przypadku kolejek górskich, ponieważ tarcie to siła, która może znacznie spowolnić jazdę. Kontakt pociągu z powietrzem oraz między kołami a torem powoduje tarcie podczas jazdy.
Dodatkowe pojęcia z fizyki
Oprócz tych kluczowych zasad fizyki kolejek górskich, inne koncepcje fizyki również wpływają na działanie kolejek górskich i są równie istotne dla bezpiecznej i przyjemnej jazdy.
- Ciśnienie: Wiele układów hamulcowych kolejek górskich działa pod ciśnieniem powietrza, a ciśnienie to musi być wystarczające, aby zatrzymać zarówno pusty, jak i załadowany pociąg bez ranienia pasażerów lub wywierania zbyt dużego nacisku na pociągi struktura jazdy.
- Optyka: Czujniki optyczne pomagają systemom komputerowym kontrolować, gdzie znajduje się pojazd i jak działa.
- Magnetyzm: Wiele zaawansowanych technologicznie pojazdów wykorzystuje elektromagnesy jako formę napędu lub hamowania, a magnesy muszą być precyzyjnie ustawione w czasie i skalibrowane, aby zapewnić bezpieczną pracę.
- Elektryczność: Właściwa energia elektryczna jest niezbędna w przypadku kolejek górskich, począwszy od faktycznego prowadzenia kolejki po zasilanie zdobiących ją świateł.
Więcej artykułów naukowych
Fizyka nie jest jedyną nauką niezbędną do płynnego i ekscytującego rollercoastera. Projektując przejazd, inżynierowie i urzędnicy parku muszą również wziąć pod uwagę:
- Biologia: To, jak stres związany z jazdą wpłynie na rowerzystów, jest głównym czynnikiem decydującym o tym, czy jazda będzie przyjemna, czy bolesna. Bardzo źle zaprojektowany pojazd może nawet prowadzić do utraty przytomności, bólów głowy i innych obrażeń.
- Geologia: Nowoczesne stalowe kolejki górskie ważą setki ton, a do umieszczenia kolejki na stabilnej, podpierającej powierzchni konieczna jest doskonała znajomość geologii parku. Cedar Point to przykład parku, na który należy zwrócić szczególną uwagę, gdyż jego siedemnaście kolejek górskich rozmieszczonych jest wzdłuż brzegu jeziora i wokół bagnistej laguny.
- Klimatologia: Klimat, w którym zbudowana jest kolejka, może w dużym stopniu wpływać na rodzaj materiałów użytych do jej budowy.
- Psychologia: To, jak nazywa się, dekoruje i promuje przejażdżkę, wymaga szczegółowego zrozumienia psychologii, aby przyciągnąć pasażerów.
Uczenie się fizyki na kolejkach górskich
Ponieważ istnieje wiele koncepcji naukowych stosowanych przy projektowaniu, budowie i obsłudze kolejki górskiej, w wielu parkach rozrywki odbywają się Dni Fizyki i zapraszane są lokalne szkoły do sprawdzenia swojej wiedzy na przejażdżkach w parku. Nauczyciele fizyki mogą wymagać od uczniów pomiaru prędkości, kątów, prędkości, przyspieszenia i innych faktów dotyczących kolejek górskich w celu udzielenia odpowiedzi na pytania, podczas gdy niektóre parki oferują konkursy dla początkujących inżynierów kolejek górskich w celu zaprojektowania własnych kolejek i zbudowania modeli. Może to być zabawne i edukacyjne wydarzenie dla uczniów fizyki od szkoły podstawowej po studia.
Dodatkowe źródło
Chcesz dowiedzieć się więcej o fizyce kolejek górskich? Wypróbuj internetową kolejkę górską Funderstanding, w której możesz dostosować rozmiary wzgórz, pionowych pętli, siły tarcia i grawitacji, masy pociągów i inne czynniki, aby zobaczyć koncepcje fizyki w akcji.