Физика американских горок одновременно сложна и проста, но без влияния этой отрасли науки эти удивительные аттракционы не сдвинулись бы с места ни на дюйм.
Что такое физика?
Физика - это изучение материи и энергии, а также того, как различные силы каждой из них взаимодействуют и влияют друг на друга. От гравитации до ускорения и трения - физика является ключевой наукой, лежащей в основе успешной эксплуатации всех американских горок. Независимо от того, является ли аттракцион простой детской горкой или сложной машиной-криком, все они должны следовать одним и тем же физическим принципам для безопасной и эффективной работы.
Физика американских горок: ключевые понятия
Самая основная предпосылка физики, касающаяся американских горок, - это пословица «то, что поднимается, должно упасть». Однако процесс того, как это «спускание» превращается в петли, кривые, холмы и инверсии, требует более специализированных знаний. Ключевые концепции физики горок включают:
- Gravitation: Гравитация - это сила, которая притягивает все объекты к центру Земли, и это самая важная физическая концепция, связанная с американскими горками. По сути, как только американские горки отделяются от первоначальной подъемной силы цепи или движущей силы, сила тяжести гарантирует, что они завершат свой путь по трассе. Гравитация также ощущается гонщиками с точки зрения как положительных, так и отрицательных сил, которые, кажется, толкают гонщиков глубже на сиденья или вытаскивают их из них - захватывающее ощущение, которое нравится многим любителям острых ощущений.
- Потенциальная энергия и кинетическая энергия: Эти две связанные концепции управляют изменениями скорости и высоты горок. Проще говоря, чем выше объект находится над землей, тем больше у него потенциальной энергии, то есть способности набирать скорость при падении. Когда он падает на землю, эта потенциальная энергия меняется на кинетическую энергию или энергию движения. Сумма двух типов энергии постоянна, но американские горки должны поддерживать адекватный баланс потенциальной и кинетической энергии, чтобы обеспечить захватывающую поездку.
- Acceleration: Часто путают со скоростью, ускорение на самом деле представляет собой изменение скорости, которое может быть изменением либо скорости, либо направления. Таким образом, американские горки ускоряются на петлях и поворотах, даже если их скорость остается постоянной.
- Friction: Физические формулы и расчеты должны включать трение в качестве ключевого фактора для американских горок, поскольку трение - это сила, которая может значительно замедлить поездку. Контакт между поездом и воздухом, а также между колесами и рельсами создает трение при поездке.
Дополнительные понятия физики
В дополнение к этим ключевым принципам физики американских горок, другие физические концепции также влияют на работу горок и не менее важны для безопасной и веселой езды.
- Pressure: Многие тормозные системы американских горок работают под давлением воздуха, и это давление должно быть достаточным, чтобы останавливать как порожние, так и загруженные поезда, не травмируя пассажиров и не оказывая слишком большую нагрузку на структура аттракциона.
- Оптика: Оптические датчики помогают компьютерным системам контролировать, где находится поездка и как она работает.
- Магнетизм: Во многих высокотехнологичных аттракционах используются электромагниты либо в качестве средства движения, либо в качестве средства торможения, и для безопасной работы магниты должны быть точно рассчитаны и откалиброваны.
- Электричество: Правильное электричество жизненно важно для американских горок, от фактического управления аттракционом до включения света, который его украшает.
Больше необходимого для науки
Физика - не единственная наука, необходимая для плавного и захватывающего движения на американских горках. При проектировании аттракциона инженеры и должностные лица парка также должны учитывать:
- Биология: То, как стрессы от поездки повлияют на гонщиков, является основным фактором, определяющим, будет ли поездка приятной или болезненной. Очень плохо спроектированная поездка может даже привести к потере сознания, головным болям и другим травмам.
- Geology: Современные стальные американские горки весят сотни тонн, и необходимо острое понимание геологии парка, чтобы расположить горку на устойчивой, устойчивой поверхности. Сидар-Пойнт - пример парка, которому следует уделить этому особое внимание, поскольку его семнадцать американских горок расположены вдоль берега озера и вокруг болотистой лагуны.
- Climatology: Климат, в котором построен аттракцион, может сильно повлиять на типы материалов, используемых для его изготовления.
- Psychology: Как аттракцион называется, украшается и продвигается, требует детального понимания психологии, чтобы привлечь гонщиков.
Изучение физики на американских горках
Поскольку существует так много научных концепций, используемых для проектирования, строительства и эксплуатации американских горок, во многих парках развлечений проводятся мероприятия «День физики» и приглашаются местные школы проверить свои знания на аттракционах парка. Учителя физики могут потребовать от учеников измерить скорость, углы, скорость, ускорение и другие факты, связанные с американскими горками, чтобы ответить на вопросы, в то время как в некоторых парках проводятся соревнования для начинающих инженеров американских горок, которые смогут спроектировать свои собственные аттракционы и построить модели. Это может быть веселым и познавательным мероприятием для студентов-физиков от начальной школы до колледжа.
Дополнительный ресурс
Хотите узнать больше о физике американских горок? Попробуйте онлайн-американские горки Funderstanding, где вы можете регулировать размеры холмов, вертикальных петель, сил трения и гравитации, массы поездов и других факторов, чтобы увидеть концепции физики в действии.
