Fysikken til berg-og-dal-baner er både kompleks og enkel, men uten innflytelsen fra denne grenen av vitenskapen, ville disse fantastiske fornøyelsesrittene ikke beveget seg en tomme.
Hva er fysikk?
Fysikk er studiet av materie og energi og hvordan ulike krefter fra hver samhandler med og påvirker hverandre. Fra tyngdekraft til akselerasjon til friksjon, fysikk er nøkkelvitenskapen bak vellykket drift av alle berg-og-dal-baner. Enten en tur er en enkel barne- og dalbane eller en forseggjort skrikemaskin, må de alle følge de samme fysikkprinsippene for sikker og effektiv drift.
Fysikk til berg-og-dal-baner: nøkkelbegreper
Det mest grunnleggende fysikkpremisset som påvirker berg-og-dal-baner er ordtaket "det som går opp må komme ned." Prosessen med hvordan det "kommer ned" er vridd inn i løkker, kurver, bakker og inversjoner, krever imidlertid mer spesialisert kunnskap. Viktige og dalbanefysiske konsepter inkluderer:
- Gravitasjon: Tyngdekraften er kraften som trekker alle objekter mot jordens sentrum og er det viktigste fysikkkonseptet relatert til berg-og-dal-baner. I hovedsak, når en berg-og-dal-bane løsner fra den første kjedeløftet eller fremdriftskraften, sørger tyngdekraften for at den fullfører kursen langs sporet. Tyngdekraften merkes også av ryttere i form av både positive og negative krefter som ser ut til å presse rytterne dypere ned i setene eller trekke dem opp av dem, en spennende sensasjon som mange spenningssøkere setter pris på.
- Potensiell energi og kinetisk energi: Disse to relaterte konseptene styrer endringene i en dalbanes hastighet og høyde. Enkelt sagt, jo høyere en gjenstand er fra bakken, jo mer potensiell energi har den – det vil si potensial til å få fart når den faller. Når den faller mot bakken, endres den potensielle energien til kinetisk energi, eller bevegelsesenergi. Summen av de to energitypene er konstant, men en berg-og-dal-bane må opprettholde en tilstrekkelig balanse mellom potensielle og kinetiske energier for å levere en spennende tur.
- Acceleration: Ofte forvekslet med hastighet, er akselerasjon faktisk en endring i hastighet - som kan være en endring enten i hastighet eller retning. Derfor akselererer en berg-og-dal-bane gjennom sløyfer og kurver selv om hastigheten forblir konstant.
- Friksjon: Fysikkformler og beregninger må inkludere friksjon som en nøkkelfaktor for berg-og-dal-baner, fordi friksjon er en kraft som kan bremse en tur betydelig. Kontakt mellom toget og luften og mellom hjulene og sporet påfører alt friksjon på turen.
Ytterligere fysikkkonsepter
I tillegg til disse nøkkelprinsippene for berg-og-dal-baners fysikk, påvirker også andre fysikkkonsepter hvordan og-dal-baner fungerer og er like kritiske for en trygg og morsom tur.
- Pressure: Mange berg- og dalbanebremsesystemer betjenes av lufttrykk, og det trykket må være tilstrekkelig til å stoppe både tomme og lastede tog uten å skade passasjerer eller utsette for mye belastning på kjørestrukturen.
- Optics: Optiske sensorer hjelper datasystemer med å kontrollere hvor turen er og hvordan den fungerer.
- Magnetism: Mange høyteknologiske turer bruker elektromagneter enten som en form for fremdrift eller bremsing, og magnetene må være nøyaktig timet og kalibrert for sikker drift.
- Elektrisitet: Riktig elektrisitet er avgjørende for berg-og-dal-baner, fra å kjøre turen til å drive lysene som dekorerer den.
Flere vitenskapelige nødvendigheter
Fysikk er ikke den eneste vitenskapen som er nødvendig for en smidig, spennende berg-og-dal-bane. Når en tur er designet, må ingeniører og parkfunksjonærer også vurdere:
- Biology: Hvordan stressene under turen vil påvirke rytterne er en viktig faktor for hvorvidt turen er hyggelig eller smertefull. En veldig dårlig utformet tur kan til og med føre til blackout, hodepine og andre skader.
- Geology: Moderne stål-berg-og-dal-baner veier hundrevis av tonn, og en akutt forståelse av parkens geologi er nødvendig for å plassere dal-banen på en stabil, støttende overflate. Cedar Point er et eksempel på en park som må være spesielt oppmerksom på dette, siden dens sytten berg-og-dal-baner er plassert langs en innsjøbredd og rundt en sumpete lagune.
- Climatology: Klimaet en tur er bygget i kan i stor grad påvirke typene materialer som brukes til konstruksjonen.
- Psychology: Hvordan en tur blir navngitt, dekorert og promotert krever en detaljert forståelse av psykologi for å tiltrekke ryttere.
Å studere fysikk med berg-og-dal-baner
Fordi det er så mange vitenskapelige konsepter som brukes til å designe, konstruere og drive en berg-og-dal-bane, arrangerer mange fornøyelsesparker Physics Day-arrangementer og inviterer lokale skoler til å teste kunnskapen sin mot parkens ritt. Fysikklærere kan kreve at elevene måler hastigheter, vinkler, hastighet, akselerasjon og andre berg-og-dal-baner-fakta for å svare på spørsmål, mens noen parker tilbyr konkurranser for håpefulle berg-og-dal-baneingeniører for å designe sine egne turer og bygge modeller. Dette kan være en morsom og lærerik begivenhet for fysikkstudenter fra grunnskole til høyskolenivå.
Ytterligere ressurs
Interessert i å lære mer om fysikken til berg-og-dal-baner? Prøv den nettbaserte Funderstanding Roller Coaster, hvor du kan justere størrelsene på bakker, vertikale løkker, friksjon og tyngdekraft, trene masser og andre faktorer for å se fysikkkonsepter i aksjon.
