Ang pisika ng mga roller coaster ay parehong kumplikado at simple, ngunit kung wala ang impluwensya ng sangay ng agham na ito, ang mga kamangha-manghang amusement ride na ito ay hindi gagalaw kahit isang pulgada.
Ano ang Physics?
Ang Physics ay ang pag-aaral ng bagay at enerhiya at kung paano nakikipag-ugnayan at nakakaimpluwensya sa isa't isa ang iba't ibang pwersa mula sa bawat isa. Mula sa gravity hanggang sa acceleration hanggang friction, ang physics ang pangunahing agham sa likod ng matagumpay na operasyon ng lahat ng roller coaster. Kahit na ang isang biyahe ay isang simpleng kiddie coaster o isang detalyadong scream machine, dapat silang lahat ay sumunod sa parehong mga prinsipyo ng pisika para sa ligtas, mahusay na operasyon.
Physics of Roller Coasters: Pangunahing Konsepto
Ang pinakapangunahing premise sa pisika na nakakaapekto sa mga roller coaster ay ang kasabihang "kung ano ang pataas ay dapat bumaba." Gayunpaman, ang proseso kung paano ang "pagbaba" na iyon ay pinaikot sa mga loop, curve, burol, at inversion, gayunpaman, ay nangangailangan ng mas espesyal na kaalaman. Kabilang sa mga pangunahing konsepto ng pisika ng coaster ang:
- Gravitation: Ang gravity ay ang puwersa na kumukuha ng lahat ng bagay patungo sa sentro ng Earth at ang nag-iisang pinakamahalagang konsepto ng pisika na nauugnay sa mga roller coaster. Sa esensya, kapag ang isang roller coaster ay humiwalay mula sa paunang chain lift o propulsion force, tinitiyak ng gravity na nakumpleto nito ang kurso nito sa kahabaan ng track. Nararamdaman din ng mga rider ang gravity sa parehong positibo at negatibong puwersa na tila nagtutulak sa mga sumasakay palalim sa kanilang mga upuan o humihila sa kanila palabas, isang kapana-panabik na sensasyon na kinagigiliwan ng maraming naghahanap ng kilig.
- Potensyal na Enerhiya at Kinetic Energy: Ang dalawang magkaugnay na konseptong ito ay namamahala sa mga pagbabago sa bilis at taas ng coaster. Sa madaling salita, mas mataas ang isang bagay sa lupa, mas maraming potensyal na enerhiya ang mayroon ito - iyon ay, potensyal na makakuha ng bilis habang ito ay bumabagsak. Habang bumabagsak ito sa lupa, ang potensyal na enerhiyang iyon ay nagbabago sa kinetic energy, o enerhiya ng paggalaw. Ang kabuuan ng dalawang uri ng enerhiya ay pare-pareho, ngunit ang isang roller coaster ay dapat magpanatili ng sapat na balanse ng mga potensyal at kinetic na enerhiya upang makapaghatid ng isang kapanapanabik na biyahe.
- Acceleration: Madalas nalilito sa bilis, ang acceleration ay talagang pagbabago sa bilis - na maaaring maging pagbabago sa bilis o direksyon. Samakatuwid, ang isang roller coaster ay bumibilis sa mga loop at curve kahit na ang bilis nito ay nananatiling pare-pareho.
- Friction: Dapat isama ng mga formula at kalkulasyon sa Physics ang friction bilang pangunahing salik para sa mga roller coaster, dahil ang friction ay isang puwersa na maaaring makapagpabagal nang malaki sa isang biyahe. Ang pakikipag-ugnay sa pagitan ng tren at hangin at sa pagitan ng mga gulong at riles ay nagpapataw ng alitan sa biyahe.
Mga Karagdagang Konsepto sa Physics
Bilang karagdagan sa mga pangunahing prinsipyong ito para sa pisika ng mga roller coaster, nakakaapekto rin ang iba pang konsepto ng physics kung paano gumagana ang mga coaster at parehong kritikal para sa isang ligtas at masayang biyahe.
- Pressure: Maraming roller coaster braking system ang pinatatakbo ng air pressure, at dapat sapat ang pressure na iyon para ihinto ang parehong walang laman at load na mga tren nang hindi nakakasakit ng mga pasahero o nakaka-stress sa ang istraktura ng pagsakay.
- Optics: Tinutulungan ng mga optical sensor ang mga computer system na kontrolin kung nasaan ang biyahe at kung paano ito gumagana.
- Magnetism: Maraming high tech na rides ang gumagamit ng electromagnets bilang isang paraan ng propulsion o braking, at ang mga magnet ay dapat na tumpak na nag-time at naka-calibrate para sa ligtas na operasyon.
- Elektrisidad: Ang wastong kuryente ay mahalaga sa mga roller coaster, mula sa aktwal na pagpapatakbo ng biyahe hanggang sa pagpapaandar ng mga ilaw na nagpapalamuti dito.
Higit pang Pangangailangan sa Agham
Ang Physics ay hindi lamang ang agham na kailangan para sa isang maayos at nakakapanabik na roller coaster. Kapag idinisenyo ang isang sakay, dapat ding isaalang-alang ng mga inhinyero at opisyal ng parke ang:
- Biology: Kung paano makakaapekto ang mga stress ng biyahe sa mga sumasakay ay isang pangunahing salik kung ang biyahe ay kasiya-siya o masakit. Maaaring humantong sa blackout, pananakit ng ulo, at iba pang pinsala ang isang napakasamang disenyo.
- Geology: Ang mga modernong steel roller coaster ay tumitimbang ng daan-daang tonelada, at ang matinding pag-unawa sa heolohiya ng parke ay kinakailangan upang iposisyon ang coaster sa isang matatag at sumusuportang ibabaw. Ang Cedar Point ay isang halimbawa ng isang parke na dapat bigyan ng partikular na pansin dito, dahil ang labing pitong roller coaster nito ay nakaposisyon sa tabi ng baybayin ng lawa at sa paligid ng latian na lagoon.
- Climatology: Ang klima kung saan ang isang biyahe ay maaaring makaapekto nang malaki sa mga uri ng materyales na ginagamit para sa pagtatayo nito.
- Psychology: Kung paano pinangalanan, pinalamutian, at pino-promote ang isang biyahe ay nangangailangan ng detalyadong pag-unawa sa sikolohiya upang makaakit ng mga sumasakay.
Pag-aaral ng Physics gamit ang Roller Coasters
Dahil napakaraming siyentipikong konsepto na ginagamit sa pagdidisenyo, pagbuo, at pagpapatakbo ng roller coaster, maraming amusement park ang nagho-host ng mga kaganapan sa Physics Day at nag-iimbita sa mga lokal na paaralan na subukan ang kanilang kaalaman laban sa mga rides ng parke. Maaaring hilingin ng mga guro ng pisika sa mga mag-aaral na sukatin ang mga bilis, anggulo, bilis, acceleration, at iba pang mga katotohanan ng roller coaster upang masagot ang mga tanong, habang ang ilang mga parke ay nag-aalok ng mga kumpetisyon para sa mga naghahangad na roller coaster engineer upang magdisenyo ng kanilang sariling mga rides at bumuo ng mga modelo. Maaari itong maging isang masaya at pang-edukasyon na kaganapan para sa mga mag-aaral sa physics mula elementarya hanggang sa antas ng kolehiyo.
Karagdagang Mapagkukunan
Interesado na matuto pa tungkol sa pisika ng mga roller coaster? Subukan ang online Funderstanding Roller Coaster, kung saan maaari mong ayusin ang mga sukat ng mga burol, vertical loops, friction at gravity forces, train mass at iba pang salik upang makita ang mga konsepto ng physics sa pagkilos.
