Fizika tobogana je i složena i jednostavna, ali bez utjecaja ove grane znanosti, ove nevjerojatne zabavne vožnje ne bi se pomakle ni milimetar.
Što je fizika?
Fizika je proučavanje materije i energije i načina na koji različite sile međusobno djeluju jedna na drugu i međusobno djeluju. Od gravitacije preko ubrzanja do trenja, fizika je ključna znanost koja stoji iza uspješnog rada svih tobogana. Bilo da je vožnja jednostavan dječji podmetač za čaše ili složeni stroj za vrištanje, svi moraju slijediti iste fizičke principe za siguran i učinkovit rad.
Fizika Roller Coastera: Ključni koncepti
Najosnovnija premisa fizike koja utječe na tobogane je izreka "ono što ide gore mora i pasti." Proces kako se to "spuštanje" uvija u petlje, krivulje, brda i inverzije, međutim, zahtijeva više specijaliziranog znanja. Ključni koncepti fizike podmetača uključuju:
- Gravitacija: Gravitacija je sila koja privlači sve objekte prema središtu Zemlje i najvažniji je pojedinačni koncept fizike povezan s toboganima. U biti, nakon što se tobogan odvoji od početnog lančanog dizanja ili pogonske sile, gravitacija osigurava da dovrši svoj put duž staze. Jahači također osjećaju gravitaciju u smislu pozitivnih i negativnih sila koje kao da guraju jahače dublje u njihova sjedala ili ih izvlače iz njih, što je uzbudljiv osjećaj u kojem mnogi željni uzbuđenja uživaju.
- Potencijalna energija i kinetička energija: Ova dva povezana koncepta upravljaju promjenama u brzini i visini podmetača. Jednostavno rečeno, što je objekt više od tla, to ima više potencijalne energije - to jest, potencijala da dobije brzinu dok pada. Dok pada prema tlu, ta se potencijalna energija mijenja u kinetičku energiju ili energiju gibanja. Zbroj dviju vrsta energije je konstantan, ali tobogan mora održavati odgovarajuću ravnotežu potencijalne i kinetičke energije kako bi pružio uzbudljivu vožnju.
- Ubrzanje: Često brkano s brzinom, ubrzanje je zapravo promjena u brzini - koja može biti promjena u brzini ili smjeru. Stoga, tobogan ubrzava kroz petlje i zavoje čak i ako njegova brzina ostaje konstantna.
- Trenje: Fizičke formule i izračuni moraju uključivati trenje kao ključni faktor za tobogan jer je trenje sila koja može značajno usporiti vožnju. Kontakt između vlaka i zraka te između kotača i pruge uzrokuje trenje u vožnji.
Dodatni koncepti fizike
Osim ovih ključnih principa za fiziku podmetača, drugi koncepti fizike također utječu na rad podmetača i jednako su ključni za sigurnu, zabavnu vožnju.
- Pritisak: Mnogi sustavi kočenja tobogana rade pomoću tlaka zraka, a taj tlak mora biti dovoljan da zaustavi i prazne i natovarene vlakove bez ozljeđivanja putnika ili pretjeranog opterećivanja struktura vožnje.
- Optika: Optički senzori pomažu računalnim sustavima kontrolirati gdje je vožnja i kako radi.
- Magnetizam: Mnoge visokotehnološke vožnje koriste elektromagnete bilo kao oblik pogona ili kočenja, a magneti moraju biti precizno podešeni i kalibrirani za siguran rad.
- Električna energija: Ispravna električna energija ključna je za tobogan, od stvarnog pokretanja vožnje do napajanja svjetala koja ga ukrašavaju.
Više znanstvenih potrepština
Fizika nije jedina znanost potrebna za besprijekoran, uzbudljiv tobogan. Kada se dizajnira vožnja, inženjeri i službenici parka također moraju uzeti u obzir:
- Biologija: Kako će stres tijekom vožnje utjecati na vozače glavni je faktor u tome hoće li vožnja biti ugodna ili bolna. Vrlo loše osmišljena vožnja može čak dovesti do nesvijesti, glavobolja i drugih ozljeda.
- Geologija: Moderni čelični tobogani teški su stotine tona, a akutno razumijevanje geologije parka potrebno je za postavljanje podmetača na stabilnu, potpornu površinu. Cedar Point je primjer parka koji mora obratiti posebnu pozornost na to, budući da je njegovih sedamnaest tobogana postavljeno duž obale jezera i oko močvarne lagune.
- Klimatologija: Klima u kojoj je vožnja ugrađena može uvelike utjecati na vrste materijala koji se koriste za njenu izradu.
- Psihologija: Kako se vožnja imenuje, ukrašava i promovira, potrebno je detaljno razumijevanje psihologije da bi se privukli vozači.
Učenje fizike s toboganima
Budući da postoji toliko mnogo znanstvenih koncepata koji se koriste za projektiranje, konstruiranje i upravljanje toboganom, mnogi zabavni parkovi organiziraju događaje Dana fizike i pozivaju lokalne škole da testiraju svoje znanje na vožnjama u parku. Učitelji fizike mogu zahtijevati od učenika da mjere brzine, kutove, brzinu, ubrzanje i druge činjenice o toboganu kako bi odgovorili na pitanja, dok neki parkovi nude natjecanja za ambiciozne inženjere tobogana za dizajn vlastitih vožnji i izradu modela. Ovo može biti zabavan i edukativan događaj za studente fizike od osnovne škole do fakulteta.
Dodatni resurs
Zainteresirani ste za učenje više o fizici tobogana? Isprobajte online Funderstanding Roller Coaster, gdje možete prilagoditi veličinu brežuljaka, okomitih petlji, sile trenja i gravitacije, mase vlakova i druge čimbenike kako biste vidjeli koncepte fizike na djelu.