Fyzika horských dráh je zložitá aj jednoduchá, no bez vplyvu tohto odvetvia vedy by sa tieto úžasné zábavné jazdy nepohli ani o centimeter.
Čo je fyzika?
Fyzika je štúdium hmoty a energie a toho, ako rôzne sily z každej navzájom interagujú a ovplyvňujú sa. Od gravitácie cez zrýchlenie až po trenie je fyzika kľúčovou vedou, ktorá stojí za úspešnou prevádzkou všetkých horských dráh. Či už je jazda jednoduchá detská dráha alebo prepracovaný kričiaci stroj, všetky musia dodržiavať rovnaké fyzikálne princípy pre bezpečnú a efektívnu prevádzku.
Fyzika horských dráh: kľúčové pojmy
Najzákladnejšou fyzikálnou premisou, ktorá ovplyvňuje horské dráhy, je príslovie „čo ide hore, musí aj dole“. Proces, ako sa to „klesanie“skrúti do slučiek, zákrut, kopcov a inverzií, si však vyžaduje špecializovanejšie znalosti. Medzi kľúčové pojmy fyziky dráhy patria:
- Gravitácia: Gravitácia je sila, ktorá priťahuje všetky objekty smerom k stredu Zeme a je najdôležitejším fyzikálnym konceptom súvisiacim s horskými dráhami. V podstate, akonáhle sa horská dráha odpojí od počiatočného zdvihu reťaze alebo hnacej sily, gravitácia zaistí, že dokončí svoj kurz pozdĺž trate. Jazdci tiež pociťujú gravitáciu z hľadiska pozitívnych aj negatívnych síl, ktoré zrejme tlačia jazdcov hlbšie do sedadiel alebo ich z nich vyťahujú, čo je vzrušujúci pocit, ktorý si mnohí hľadači vzrušenia vychutnávajú.
- Potenciálna energia a kinetická energia: Tieto dva súvisiace koncepty riadia zmeny v rýchlosti a výške dráhy. Jednoducho povedané, čím vyššie je objekt nad zemou, tým má väčšiu potenciálnu energiu – teda potenciál nabrať rýchlosť pri páde. Keď padá k zemi, táto potenciálna energia sa mení na kinetickú energiu alebo energiu pohybu. Súčet týchto dvoch druhov energie je konštantný, ale horská dráha musí udržiavať primeranú rovnováhu potenciálnej a kinetickej energie, aby poskytla vzrušujúcu jazdu.
- Zrýchlenie: Zrýchlenie, ktoré sa často zamieňa s rýchlosťou, je v skutočnosti zmena rýchlosti – čo môže byť zmena rýchlosti alebo smeru. Preto horská dráha zrýchľuje cez slučky a zákruty, aj keď jej rýchlosť zostáva konštantná.
- Trenie: Fyzikálne vzorce a výpočty musia zahŕňať trenie ako kľúčový faktor pre horské dráhy, pretože trenie je sila, ktorá môže výrazne spomaliť jazdu. Kontakt medzi vlakom a vzduchom a medzi kolesami a traťou spôsobuje trenie počas jazdy.
Ďalšie fyzikálne koncepty
Okrem týchto kľúčových princípov fyziky horských dráh ovplyvňujú fungovanie dráh aj iné fyzikálne koncepty, ktoré sú rovnako dôležité pre bezpečnú a zábavnú jazdu.
- Tlak: Mnohé brzdové systémy horskej dráhy sú poháňané tlakom vzduchu a tento tlak musí byť dostatočný na zastavenie prázdnych aj naložených vlakov bez toho, aby došlo k zraneniu cestujúcich alebo k prílišnému namáhaniu. jazdná štruktúra.
- Optika: Optické senzory pomáhajú počítačovým systémom kontrolovať, kde je jazda a ako funguje.
- Magnetizmus: Mnoho high-tech jázd používa elektromagnety buď ako formu pohonu alebo brzdenia a magnety musia byť presne načasované a kalibrované pre bezpečnú prevádzku.
- Elektrina: Správna elektrina je pre horské dráhy životne dôležitá, od skutočného chodu jazdy až po napájanie svetiel, ktoré ju zdobia.
Viac vedeckých potrieb
Fyzika nie je jediná veda potrebná pre hladkú a vzrušujúcu horskú dráhu. Keď je jazda navrhnutá, inžinieri a úradníci parku musia tiež zvážiť:
- Biológia: To, ako stres z jazdy ovplyvní jazdcov, je hlavným faktorom v tom, či je jazda príjemná alebo bolestivá. Veľmi zle navrhnutá jazda môže dokonca viesť k výpadkom prúdu, bolestiam hlavy a iným zraneniam.
- Geológia: Moderné oceľové horské dráhy vážia stovky ton a dôkladné pochopenie geológie parku je nevyhnutné na umiestnenie dráhy na stabilný, podporný povrch. Cedar Point je príkladom parku, ktorý tomu musí venovať osobitnú pozornosť, keďže jeho sedemnásť horských dráh je rozmiestnených pozdĺž brehu jazera a okolo močaristej lagúny.
- Klimatológia: Klíma, v ktorej je jazda postavená, môže výrazne ovplyvniť typy materiálov použitých na jej konštrukciu.
- Psychológia: Ako je jazda pomenovaná, zdobená a propagovaná si vyžaduje podrobné pochopenie psychológie, aby prilákala jazdcov.
Štúdium fyziky na horských dráhach
Vzhľadom na to, že existuje veľa vedeckých konceptov používaných na navrhovanie, stavbu a prevádzku horskej dráhy, mnohé zábavné parky organizujú podujatia Fyzikálneho dňa a pozývajú miestne školy, aby si otestovali svoje vedomosti na jazdách v parku. Učitelia fyziky môžu vyžadovať, aby študenti merali rýchlosti, uhly, rýchlosť, zrýchlenie a ďalšie fakty o horskej dráhe, aby odpovedali na otázky, zatiaľ čo niektoré parky ponúkajú súťaže pre začínajúcich inžinierov horskej dráhy, aby navrhli svoje vlastné jazdy a postavili modely. Toto môže byť zábavné a vzdelávacie podujatie pre študentov fyziky od základných škôl až po vysoké školy.
Dodatočný zdroj
Zaujíma vás dozvedieť sa viac o fyzike horských dráh? Vyskúšajte online horskú dráhu Funderstanding, kde si môžete upraviť veľkosť kopcov, zvislé slučky, trecie a gravitačné sily, hmotnosti vlakov a ďalšie faktory, aby ste videli fyzikálne koncepty v akcii.
