Coney Islandin ensimmäinen vuoristorata, joka avattiin kesäkuussa 1884, tuskin kelpaisi nykyajan huvipuiston lastenosastolle. ”Switchback Railway” kulki vain kahdeksan kilometrin tuntivauhtia useiden loivien kukkuloiden yli.
nykyään vuoristoradat voivat laittaa sinut silmukoiden läpi, lähettää sinut huutamaan ylös 38 kerrosta ja hetkellisesti nousemaan ylös ilman painovoimaa, ja jopa hirttää sinut olkavaljaista, raajoista roikkumaan, ampumaan korkkiruuveista ja kääntöpalkeista ja kobrakäännöksistä, henkesi insinööritaidon käsissä. Kiistatta mikään muu vapaa-ajan harrastus ei tee fysiikasta aivan niin sisäsiistiä kuin vuoristorata. Tässä nopea erittely voimista, jotka saavat vatsasi putoamaan-ja pitävät sinut paikallasi.
mäelle kiipeäminen
vanhimmilla vuoristoradoilla ensimmäinen mäki (tunnetaan myös nimellä ”hissimäki”) oli aina korkein, jotta se voisi hyödyntää potentiaalienergiaansa, joka syntyy junan massasta, maan painovoiman vakiokiihtyvyydestä (9,8 metriä sekunnissa neliöön) ja mäen korkeudesta. Potentiaalienergia sijoitetaan kappaleisiin sen mukaan, missä ne ovat systeemissä-tässä tapauksessa gravitaatiokentässä.
(on olemassa myös muunlaisia potentiaalienergioita. On elastista potentiaalienergiaa, joka johtuu jonkin elastisen kappaleen muodonmuutoksesta (kuten vaikkapa jouseen kiinnitetty pallo, joka on venynyt), ja myös sähköistä potentiaalienergiaa ja magneettista potentiaalienergiaa.)
kun vuoristorata alkaa lentää mäkeä alas, se saa liike-energiaa ja menettää potentiaalienergiaa. Hissimäen alapäässä junan liike-energia on radan korkeimmalla kohdalla, joka riittää työntämään sen pienempien mäkien ja käännösten läpi.
Squash and Stretch
G-force on termi, joka saa paljon aikaan, mutta se ei oikeastaan ole oikea ”voima”, vaan kiihdytyksen tuote. Maan päällä olet 1 g: n ympäristössä.kiihdytä pois tai samaan suuntaan kuin maan vetovoima kehossasi, ja luot yhtä suuren ja vastakkaisen reaktion, jonka voit tuntea painossasi.
kun kiihdyttää vuoristoradalla ylöspäin, lisätty GS (joskus ”positiivinen G”) saa tuntumaan siltä, että on painavampi ja litistyy alaspäin. Samoin, kun kiihdyttää alaspäin (kuten vaikka sidottu vuoristorata, joka sukeltaa mäkeä alas), voit kokea negatiivisia G-voimia, jotka nostavat sinut ylös istuimeltasi.
g-voimien hallinta on yksi vuoristoratamuotoilun pääaiheista—liian monta G: tä eli liian nopea siirtyminen positiivisen ja negatiivisen g: n välillä voi kärjistyä jännittävästä epämukavaksi tai jopa vaaralliseksi.
käännöksen tekeminen
kiihtyminen vaakakierroksen ympäri luo myös G-voiman, tässä tapauksessa nimeltään ”lateral G.”Jos GS on tarpeeksi voimakas, se voi joskus heittää matkustajat junavaunun kylkeä vasten. Tämän välttämiseksi vuoristoratoja rakennetaan usein kallistetuilla kierroksilla. Tämä auttaa muuntaa joitakin sivusuunnassa G positiiviseksi tai negatiiviseksi G, vähentää määrä liukua noin.
silmukan kiertäminen
Miten pysyt paikallasi loop-de-Loopin aikana? Se on taas fysiikan tasapaino. Liike kaarevaa polkua pitkin synnyttää keskihakukiihdytyksen,joka osoittaa käyrän piirtämän kuvitteellisen ympyrän keskipisteen. Pysyt kuitenkin paikallasi, koska pelissä on toinenkin tekijä: inertia. Kehosi haluaa luonnollisesti jatkaa suoraa tietä, ja tämä yhdistettynä keskihakukiihdytykseen luo tunteen siitä, että sitä työnnetään ulospäin—ilmiötä kutsutaan joskus ”keskipakoisvoimaksi”, vaikka se ei G-voiman tavoin ole oikea voima.
jos katsoo nykyaikaista vuoristorataa, saattaa huomata, että silmukat muistuttavat enemmän kyynelpisaroita kuin ympyröitä. Tämä muoto, jota kutsutaan clotoidiksi, käyttää yksinkertaista fysiikkaa helpottaakseen sitä sekä junassa että matkustajilla. Avaintekijä on se, että toisin kuin ympyräsilmukassa, jonka säde on yksi, kangassilmukassa on pienempi säde päällä.
säteiden ero on tärkeä, koska jotta juna voi suorittaa silmukan, vaunujen keskihakukiihdytyksen on oltava suurempi tai yhtä suuri kuin painovoiman kiihtyvyys. Koska keskihakukiihtyvyys on silmukan säteellä jaetun nopeuden tulo, säteen pieneneminen yläosassa Lisää automaattisesti keskihakukiihtyvyyttä yläosassa. Junan ei siis tarvitse kulkea uskomattoman nopeasti lenkin loppuun. Kun juna poistuu silmukasta, silmukan alaosassa oleva laajempi säde luonnollisesti pienentää keskihakukiihtyvyyttä, mikä puolestaan vähentää matkustajille määrättyä Gs: n määrää.
syvempää sukellusta clotoideihin ja loop-de-loopien fysiikkaan löydät tältä Göteborgin yliopiston ja ruotsalaisen Lisebergin huvipuiston tuottamalta informatiiviselta sivulta.
nyt toivottavasti tiedätte tarpeeksi vuoristoratojen takana olevista voimista pitääksenne ystävänne ja perheenne viihdytettyinä, kun te kaikki jonotatte kokeaksenne fysiikan sykähdyttävän kauhun.