A hullámvasút fizikája egyszerre összetett és egyszerű, de a tudomány ezen ágának hatása nélkül ezek a csodálatos vidámparkok egy centimétert sem mozdulnának el.
Mi a fizika?
A fizika az anyag és az energia tanulmányozása, valamint az, hogy a különböző erők hogyan hatnak egymásra és hogyan befolyásolják egymást. A gravitációtól a gyorsuláson át a súrlódásig a fizika a legfontosabb tudomány az összes hullámvasút sikeres működése mögött. Legyen szó egyszerű gyerekalátétről vagy kidolgozott sikítógépről, mindegyiknek ugyanazokat a fizikai elveket kell követnie a biztonságos és hatékony működés érdekében.
A hullámvasút fizikája: kulcsfogalmak
A legalapvetőbb fizika, amely a hullámvasutakat érinti, a közmondás: "ami felmegy, le kell szállnia." Az a folyamat, hogy ez a „lejutás” hurkokra, ívekre, dombokra és inverziókra csavarodik, speciálisabb ismereteket igényel. Az alátét fizika kulcsfontosságú fogalmai a következők:
- Gravitáció: A gravitáció az az erő, amely minden objektumot a Föld közepe felé vonz, és a hullámvasútokhoz kapcsolódó legfontosabb fizikai koncepció. Lényegében, amint egy hullámvasút leválik a kezdeti láncemelésről vagy hajtóerőről, a gravitáció biztosítja, hogy a pálya mentén végighaladjon. A gravitációt a versenyzők a pozitív és negatív erők tekintetében is érzékelik, amelyek úgy tűnik, hogy mélyebbre tolják a versenyzőket az ülésükbe, vagy kirángatják őket onnan. Ez az izgalmas érzés, amelyet sok izgalmat kereső ember élvez.
- Potenciális energia és kinetikus energia: Ez a két kapcsolódó fogalom szabályozza a hullámvasút sebességének és magasságának változásait. Egyszerűen fogalmazva, minél magasabban van egy tárgy a talajtól, annál több potenciális energiával rendelkezik – vagyis képes felgyorsulni, amikor leesik. Ahogy a talaj felé esik, ez a potenciális energia kinetikus energiává vagy mozgási energiává változik. A kétféle energia összege állandó, de a hullámvasútnak fenn kell tartania a potenciális és a kinetikus energiák megfelelő egyensúlyát, hogy izgalmas utazást biztosítson.
- Gyorsulás: A gyorsulást gyakran összekeverik a sebességgel, valójában a sebesség változása – ami lehet a sebesség vagy az irány változása. Ezért a hullámvasút hurkokon és íveken keresztül gyorsul, még akkor is, ha a sebessége állandó marad.
- Súrlódás: A fizikai képletekben és számításokban a súrlódást kulcsfontosságú tényezőként kell szerepeltetni a hullámvasutakon, mert a súrlódás olyan erő, amely jelentősen lelassíthatja az utazást. A vonat és a levegő, valamint a kerekek és a vágány közötti érintkezés súrlódást okoz az utazás során.
További fizikai fogalmak
A hullámvasút fizikájának e kulcsfontosságú alapelvein kívül más fizikai koncepciók is befolyásolják a hullámvasút működését, és ugyanolyan fontosak a biztonságos és szórakoztató utazáshoz.
- Nyomás: Sok hullámvasút-fékrendszer légnyomással működik, és ennek a nyomásnak elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy mind az üres, mind a megrakott vonatokat leállítsa anélkül, hogy az utasok megsérülnének vagy túl nagy terhelést okoznának. a menetszerkezet.
- Optika: Az optikai érzékelők segítik a számítógépes rendszereket, hogy szabályozzák az utazás helyét és működését.
- Mágnesesség: Sok csúcstechnológiás jármű elektromágneseket használ meghajtásként vagy fékezésként, és a mágneseket pontosan időzíteni és kalibrálni kell a biztonságos működés érdekében.
- Villamosság: A megfelelő áram létfontosságú a hullámvasutakon, a tényleges futástól kezdve az azt díszítő lámpák működtetéséig.
További tudományos szükségletek
Nem a fizika az egyetlen tudomány, amely egy zökkenőmentesen működő, izgalmas hullámvasúthoz szükséges. Az út megtervezésekor a mérnököknek és a park vezetőinek a következőket is figyelembe kell venniük:
- Biológia: Az, hogy az utazás során fellépő stressz milyen hatással lesz a versenyzőkre, nagyban befolyásolja, hogy az utazás élvezetes vagy fájdalmas-e vagy sem. Egy nagyon rosszul megtervezett utazás akár eszméletvesztéshez, fejfájáshoz és egyéb sérülésekhez is vezethet.
- Geológia: A modern acél hullámvasutak több száz tonnát nyomnak, és a park geológiájának alapos megértése szükséges ahhoz, hogy a hullámvasút egy stabil, alátámasztó felületre kerüljön. A Cedar Point egy olyan park példája, amelynek különös figyelmet kell fordítania erre, mivel tizenhét hullámvasútja egy tóparton és egy mocsaras lagúna körül helyezkedik el.
- Klímatan: Az éghajlat, amelybe az autó beépített, nagyban befolyásolhatja az építkezéshez használt anyagok típusát.
- Pszichológia: Az út elnevezése, díszítése és reklámozása a pszichológia alapos megértését igényli, hogy vonzzák a lovasokat.
Fizika tanulás hullámvasutakkal
Mivel nagyon sok tudományos koncepciót használnak a hullámvasút tervezésére, megépítésére és üzemeltetésére, sok vidámpark ad otthont a fizikanapi rendezvényeknek, és meghívja a helyi iskolákat, hogy teszteljék tudásukat a park túráival szemben. A fizikatanárok megkövetelhetik a diákoktól, hogy mérjenek sebességet, szöget, sebességet, gyorsulást és egyéb hullámvasút-tényeket, hogy megválaszolhassák a kérdéseket, míg egyes parkok versenyeket kínálnak a hullámvasút mérnökök számára, hogy megtervezzék saját útjukat és modelleket építsenek. Ez egy szórakoztató és tanulságos esemény lehet fizikus hallgatók számára az általános iskolától az egyetemi szintig.
További források
Szeretne többet megtudni a hullámvasutak fizikájáról? Próbálja ki az online Funderstanding Roller Coastert, ahol beállíthatja a dombok méretét, a függőleges hurkokat, a súrlódási és gravitációs erőket, a vonat tömegeit és más tényezőket, hogy működés közben lássa a fizikai koncepciókat.
