فیزیک رولرکوسترها هم پیچیده و هم ساده است، اما بدون تأثیر این شاخه از علم، این تفریح‌های شگفت‌انگیز یک اینچ هم حرکت نمی‌کنند.
فیزیک چیست؟
فیزیک مطالعه ماده و انرژی و چگونگی تعامل و تأثیر نیروهای مختلف از هر یک با یکدیگر است. از گرانش گرفته تا شتاب و اصطکاک، فیزیک علم کلیدی پشت عملیات موفقیت آمیز همه ترن هوایی است. چه یک سواری یک ترن هوایی ساده باشد یا یک ماشین جیغ استادانه، همه آنها باید از اصول فیزیک یکسانی برای عملکرد ایمن و کارآمد پیروی کنند.
فیزیک رولرکوسترها: مفاهیم کلیدی
اصلی‌ترین فرض فیزیک که بر ترن هوایی‌ها تأثیر می‌گذارد، ضرب المثل «آنچه بالا می‌رود باید پایین بیاید» است. با این حال، روند چگونگی «پایین آمدن» به حلقه‌ها، منحنی‌ها، تپه‌ها و وارونگی‌ها به دانش تخصصی‌تری نیاز دارد. مفاهیم کلیدی فیزیک کوستر عبارتند از:
- گرانش: گرانش نیرویی است که تمام اجسام را به سمت مرکز زمین می کشد و مهم ترین مفهوم فیزیک مربوط به ترن هوایی است. در اصل، هنگامی که یک ترن هوایی از نیروی بالابر زنجیری اولیه یا نیروی محرکه جدا می شود، گرانش تضمین می کند که مسیر خود را در طول مسیر کامل می کند. جاذبه نیز توسط سوارکاران از نظر نیروهای مثبت و منفی احساس می‌شود که به نظر می‌رسد سواران را به عمق صندلی‌هایشان هل می‌دهد یا آنها را از آنها بیرون می‌کشد، احساس هیجان‌انگیزی که بسیاری از جویندگان هیجان از آن لذت می‌برند.
- انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی: این دو مفهوم مرتبط بر تغییرات سرعت و ارتفاع یک ترن هوایی حاکم هستند.به زبان ساده، هر چه جسمی از سطح زمین بالاتر باشد، انرژی پتانسیل بیشتری دارد - یعنی پتانسیل افزایش سرعت در هنگام سقوط. همانطور که به سمت زمین می افتد، آن انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی یا انرژی حرکت تغییر می کند. مجموع دو نوع انرژی ثابت است، اما یک ترن هوایی باید تعادل کافی بین انرژی‌های پتانسیل و جنبشی را حفظ کند تا یک سواری هیجان‌انگیز داشته باشد.
- شتاب: شتاب اغلب با سرعت اشتباه گرفته می شود، در واقع یک تغییر در سرعت است - که می تواند تغییری در سرعت یا جهت باشد. بنابراین، یک ترن هوایی حتی اگر سرعت آن ثابت بماند، از طریق حلقه ها و منحنی ها شتاب می گیرد.
- اصطکاک: فرمول‌های فیزیک و محاسبات باید اصطکاک را به‌عنوان یک عامل کلیدی برای ترن هوایی لحاظ کنند، زیرا اصطکاک نیرویی است که می‌تواند به طور قابل توجهی سرعت را کاهش دهد. تماس بین قطار و هوا و بین چرخ ها و مسیر همگی باعث ایجاد اصطکاک در سواری می شوند.
مفاهیم اضافی فیزیک
علاوه بر این اصول کلیدی برای فیزیک ترن هوایی، سایر مفاهیم فیزیک نیز بر نحوه عملکرد ترن هوایی تأثیر می‌گذارند و به همان اندازه برای یک سواری ایمن و مفرح حیاتی هستند.
- فشار: بسیاری از سیستم‌های ترمز ترن هوایی با فشار هوا کار می‌کنند و این فشار باید برای توقف قطارهای خالی و باردار بدون آسیب رساندن به مسافران یا فشار زیاد به آن کافی باشد. ساختار سواری.
- اپتیک: حسگرهای نوری به سیستم‌های کامپیوتری کمک می‌کنند تا مکان سواری و نحوه عملکرد آن را کنترل کنند.
- مغناطیس: بسیاری از سواری های با تکنولوژی بالا از آهنرباهای الکتریکی یا به عنوان نیروی محرکه یا ترمز استفاده می کنند، و آهنرباها باید دقیقاً زمان بندی و برای عملکرد ایمن تنظیم شوند.
- برق: برق مناسب برای ترن هوایی حیاتی است، از اجرای واقعی سواری گرفته تا روشن کردن چراغ‌هایی که آن را تزئین می‌کنند.
نیازهای علمی بیشتر
فیزیک تنها علم لازم برای یک ترن هوایی هیجان انگیز و روان نیست. هنگامی که یک سواری طراحی می شود، مهندسان و مسئولان پارک باید این موارد را نیز در نظر بگیرند:
- زیست‌شناسی: اینکه چگونه استرس‌های سواری بر سوارکاران تأثیر می‌گذارد، عامل اصلی لذت‌بخش یا دردناک بودن سواری است. یک سواری با طراحی بسیار ضعیف حتی می تواند منجر به خاموشی، سردرد و آسیب های دیگر شود.
- زمین شناسی: ترن هوایی مدرن صدها تن وزن دارند و درک دقیق زمین شناسی پارک برای قرار دادن زیر لیوانی روی یک سطح پایدار و پشتیبانی ضروری است. Cedar Point نمونه ای از پارکی است که باید به این موضوع توجه ویژه ای داشته باشد، زیرا هفده ترن هوایی آن در امتداد ساحل دریاچه و اطراف یک تالاب باتلاقی قرار گرفته اند.
- اقلیم شناسی: آب و هوای یک سواری می تواند تا حد زیادی بر انواع مواد استفاده شده برای ساخت آن تاثیر بگذارد.
- روانشناسی: نحوه نامگذاری، تزئین و تبلیغ یک سواری نیازمند درک دقیق روانشناسی برای جذب سوارکاران است.
آموزش فیزیک با رولرکوستر
از آنجایی که مفاهیم علمی زیادی برای طراحی، ساخت و راه‌اندازی یک ترن هوایی استفاده می‌شود، بسیاری از شهربازی‌ها میزبان رویدادهای روز فیزیک هستند و مدارس محلی را دعوت می‌کنند تا دانش خود را در برابر سواری‌های پارک آزمایش کنند. معلمان فیزیک ممکن است از دانش‌آموزان بخواهند که سرعت، زوایا، سرعت، شتاب و دیگر حقایق ترن هوایی را برای پاسخ دادن به سؤالات اندازه‌گیری کنند، در حالی که برخی از پارک‌ها مسابقاتی را برای مهندسین غلتکی مشتاق برای طراحی سواری و ساخت مدل‌های خود برگزار می‌کنند. این می تواند یک رویداد سرگرم کننده و آموزشی برای دانش آموزان فیزیک از مقطع ابتدایی تا دانشگاه باشد.
منبع اضافی
علاقه دارید در مورد فیزیک ترن هوایی بیشتر بدانید؟ Roller Coaster آنلاین Funderstanding را امتحان کنید، جایی که می‌توانید اندازه تپه‌ها، حلقه‌های عمودی، نیروهای اصطکاک و گرانش، توده‌های قطار و سایر عوامل را تنظیم کنید تا مفاهیم فیزیک را در عمل ببینید.