Fizika rolerkostera je složena i jednostavna, ali bez uticaja ove grane nauke, ove neverovatne zabavne vožnje ne bi se pomerile ni za centimetar.
Šta je fizika?
Fizika proučava materiju i energiju i kako različite sile međusobno djeluju i utiču jedna na drugu. Od gravitacije preko ubrzanja do trenja, fizika je ključna znanost iza uspješnog rada svih tobogana. Bilo da je vožnja običan podmetač za djecu ili složena mašina za vrištanje, svi oni moraju slijediti iste principe fizike za siguran i efikasan rad.
Fizika Roller Coasters: Ključni koncepti
Najosnovnija fizička premisa koja utiče na tobogane je izreka "ono što ide gore mora da dođe dole." Proces kako se to "spuštanje" uvija u petlje, krivine, brda i inverzije, međutim, zahtijeva više specijalizovanog znanja. Ključni koncepti fizike podmetača uključuju:
- Gravitacija: Gravitacija je sila koja vuče sve objekte prema centru Zemlje i najvažniji je koncept fizike vezan za tobogane. U suštini, kada se tobogan odvoji od početnog podizanja lanca ili pogonske sile, gravitacija osigurava da završi svoj kurs duž staze. Jahači također osjećaju gravitaciju u smislu pozitivnih i negativnih sila koje kao da guraju vozače dublje u njihova sjedišta ili ih izvlače iz njih, uzbudljiv osjećaj u kojem uživaju mnogi tražitelji uzbuđenja.
- Potencijalna energija i kinetička energija: Ova dva povezana koncepta upravljaju promjenama brzine i visine podmetača. Jednostavno rečeno, što je objekat više od zemlje, to ima više potencijalne energije – odnosno potencijala da dobije brzinu dok pada. Kako pada prema tlu, ta potencijalna energija se mijenja u kinetičku energiju ili energiju kretanja. Zbir ove dvije vrste energije je konstantan, ali tobogan mora održavati adekvatnu ravnotežu potencijalne i kinetičke energije da bi pružio uzbudljivu vožnju.
- Ubrzanje: Često se brka sa brzinom, ubrzanje je zapravo promjena brzine - što može biti promjena brzine ili smjera. Stoga, roller coaster ubrzava kroz petlje i krivine čak i ako njegova brzina ostane konstantna.
- Trenje: Fizičke formule i proračuni moraju uključiti trenje kao ključni faktor za tobogane, jer je trenje sila koja može značajno usporiti vožnju. Kontakt između voza i vazduha i između točkova i koloseka stvara trenje u vožnji.
Dodatni koncepti fizike
Pored ovih ključnih principa za fiziku podmetača, drugi koncepti fizike takođe utiču na to kako podmetači rade i podjednako su kritični za sigurnu, zabavnu vožnju.
- Pritisak: Mnogi kočioni sistemi tobogana rade pod pritiskom vazduha, i taj pritisak mora biti dovoljan da zaustavi i prazne i natovarene vozove, a da pritom ne povredi putnike ili ne izvrši previše pritiska na struktura vožnje.
- Optics: Optički senzori pomažu kompjuterskim sistemima da kontrolišu gde je vožnja i kako ona funkcioniše.
- Magnetizam: Mnoge visokotehnološke vožnje koriste elektromagnete ili kao oblik pogona ili kočenja, a magneti moraju biti precizno vremenski i kalibrirani za siguran rad.
- Struja: Ispravna struja je od vitalnog značaja za tobogane, od stvarnog pokretanja vožnje do napajanja svjetala koja ih ukrašavaju.
Više naučnih potreba
Fizika nije jedina nauka neophodna za neometano funkcionisanje uzbudljivog tobogana. Kada je vožnja dizajnirana, inženjeri i službenici parka također moraju uzeti u obzir:
- Biologija: Kako će stres tokom vožnje uticati na vozače je glavni faktor u tome da li je vožnja ugodna ili bolna. Veoma loše dizajnirana vožnja može čak dovesti do nesvestica, glavobolje i drugih povreda.
- Geologija: Moderni čelični podmetači teški su stotine tona, a akutno razumijevanje geologije parka je neophodno da bi se podmetač pozicionirao na stabilnoj, potpornoj površini. Cedar Point je primjer parka koji na to mora obratiti posebnu pažnju, jer je njegovih sedamnaest tobogana smješteno uz obalu jezera i oko močvarne lagune.
- Klimatologija: Klima u kojoj je izgrađena vožnja može u velikoj meri uticati na vrste materijala koji se koriste za njegovu konstrukciju.
- Psihologija: Kako se vožnja naziva, ukrašava i promovira zahtijeva detaljno razumijevanje psihologije da bi privukli vozače.
Studiranje fizike uz Roller Coasters
Budući da postoji toliko znanstvenih koncepata koji se koriste za dizajniranje, izgradnju i upravljanje rolerkosterom, mnogi zabavni parkovi održavaju događaje za Dan fizike i pozivaju lokalne škole da testiraju svoje znanje u odnosu na vožnje u parku. Nastavnici fizike mogu zahtijevati od učenika da izmjere brzine, uglove, brzinu, ubrzanje i druge činjenice o toboganu kako bi odgovorili na pitanja, dok neki parkovi nude takmičenja za ambiciozne inženjere tobogana da dizajniraju svoje vlastite vožnje i naprave modele. Ovo može biti zabavan i edukativan događaj za učenike fizike od osnovne škole do nivoa fakulteta.
Dodatni resurs
Zainteresovani ste da saznate više o fizici tobogana? Isprobajte online Funderstanding Roller Coaster, gdje možete podesiti veličine brda, okomite petlje, sile trenja i gravitacije, trenirati mase i druge faktore da vidite fizičke koncepte u akciji.
