Fizik roller coaster adalah kompleks dan mudah, tetapi tanpa pengaruh cabang sains ini, tunggangan hiburan yang menakjubkan ini tidak akan bergerak walau seinci pun.
Apakah itu Fizik?
Fizik ialah kajian tentang jirim dan tenaga serta cara kuasa yang berbeza daripada setiap satu berinteraksi dan mempengaruhi satu sama lain. Daripada graviti kepada pecutan kepada geseran, fizik ialah sains utama di sebalik kejayaan operasi semua roller coaster. Sama ada tunggangan adalah kiddie coaster yang ringkas atau mesin jeritan yang rumit, mereka semua mesti mengikut prinsip fizik yang sama untuk operasi yang selamat dan cekap.
Fizik Roller Coaster: Konsep Utama
Premis fizik paling asas yang mempengaruhi roller coaster ialah pepatah "apa yang naik mesti turun." Proses bagaimana "turun" itu dipintal menjadi gelung, lengkung, bukit, dan penyongsangan, walau bagaimanapun, memerlukan pengetahuan yang lebih khusus. Konsep fizik coaster utama termasuk:
- Gravitation: Graviti ialah daya yang menarik semua objek ke arah pusat Bumi dan merupakan satu-satunya konsep fizik terpenting yang berkaitan dengan roller coaster. Pada dasarnya, sebaik sahaja roller coaster terlepas daripada lif rantai awal atau daya pendorong, graviti memastikan ia melengkapkan laluannya di sepanjang trek. Graviti juga dirasai oleh penunggang dari segi daya positif dan negatif yang seolah-olah mendorong penunggang lebih dalam ke tempat duduk mereka atau menarik mereka keluar dari mereka, sensasi yang menarik yang digemari ramai pencari keseronokan.
- Tenaga Potensi dan Tenaga Kinetik: Kedua-dua konsep berkaitan ini mengawal perubahan dalam kelajuan dan ketinggian coaster. Ringkasnya, semakin tinggi objek berada di atas tanah, semakin banyak tenaga potensi yang dimilikinya - iaitu berpotensi untuk mendapatkan kelajuan apabila ia jatuh. Apabila ia jatuh ke tanah, tenaga berpotensi itu berubah kepada tenaga kinetik, atau tenaga gerakan. Jumlah kedua-dua jenis tenaga adalah tetap, tetapi roller coaster mesti mengekalkan keseimbangan tenaga potensi dan kinetik yang mencukupi untuk memberikan tunggangan yang mendebarkan.
- Pecutan: Sering dikelirukan dengan kelajuan, pecutan sebenarnya adalah perubahan dalam halaju - yang boleh menjadi perubahan sama ada dalam kelajuan atau arah. Oleh itu, roller coaster sedang memecut melalui gelung dan selekoh walaupun kelajuannya kekal malar.
- Geseran: Formula dan pengiraan fizik mesti memasukkan geseran sebagai faktor utama untuk roller coaster, kerana geseran ialah daya yang boleh memperlahankan perjalanan dengan ketara. Sentuhan antara kereta api dan udara serta antara roda dan landasan semuanya menimbulkan geseran pada perjalanan.
Konsep Fizik Tambahan
Selain prinsip utama untuk fizik roller coaster ini, konsep fizik lain juga mempengaruhi cara coaster beroperasi dan sama pentingnya untuk perjalanan yang selamat dan menyeronokkan.
- Tekanan: Banyak sistem brek roller coaster dikendalikan oleh tekanan udara, dan tekanan itu mestilah mencukupi untuk menghentikan kedua-dua kereta api yang kosong dan penuh tanpa mencederakan penumpang atau memberikan tekanan yang terlalu tinggi pada struktur tunggangan.
- Optics: Penderia optik membantu sistem komputer mengawal tempat tunggangan dan cara ia beroperasi.
- Magnetism: Banyak tunggangan berteknologi tinggi menggunakan elektromagnet sama ada sebagai satu bentuk pendorongan atau brek, dan magnet mesti ditetapkan masa dan ditentukur dengan tepat untuk operasi yang selamat.
- Elektrik: Elektrik yang betul adalah penting untuk roller coaster, daripada benar-benar menjalankan tunggangan kepada menyalakan lampu yang menghiasinya.
Lebih Banyak Keperluan Sains
Fizik bukan satu-satunya sains yang diperlukan untuk roller coaster yang beroperasi dengan lancar dan menarik. Apabila tunggangan direka bentuk, jurutera dan pegawai taman juga mesti mempertimbangkan:
- Biologi: Bagaimana tekanan tunggangan akan mempengaruhi penunggang adalah faktor utama sama ada tunggangan itu menyeronokkan atau menyakitkan. Tunggangan yang direka dengan sangat buruk malah boleh menyebabkan pitam, sakit kepala dan kecederaan lain.
- Geology: Roller coaster keluli moden mempunyai berat ratusan tan, dan pemahaman yang mendalam tentang geologi taman adalah perlu untuk meletakkan coaster pada permukaan yang stabil dan menyokong. Cedar Point ialah contoh taman yang mesti memberi perhatian khusus kepada perkara ini, kerana tujuh belas roller coasternya terletak di sepanjang pantai tasik dan di sekitar lagun berpaya.
- Klimatologi: Iklim yang dibina boleh mempengaruhi jenis bahan yang digunakan untuk pembinaannya.
- Psikologi: Cara tunggangan dinamakan, dihiasi dan dinaikkan pangkat memerlukan pemahaman psikologi yang terperinci untuk menarik pelumba.
Belajar Fizik dengan Roller Coaster
Oleh kerana terdapat begitu banyak konsep saintifik yang digunakan untuk mereka bentuk, membina dan mengendalikan roller coaster, banyak taman hiburan menganjurkan acara Hari Fizik dan menjemput sekolah tempatan untuk menguji pengetahuan mereka terhadap tunggangan taman itu. Guru fizik mungkin memerlukan pelajar mengukur kelajuan, sudut, halaju, pecutan dan fakta roller coaster lain untuk menjawab soalan, manakala beberapa taman menawarkan pertandingan untuk jurutera roller coaster yang bercita-cita untuk mereka bentuk tunggangan mereka sendiri dan membina model. Ini boleh menjadi acara yang menyeronokkan dan mendidik untuk pelajar fizik dari sekolah rendah hingga peringkat kolej.
Sumber Tambahan
Berminat untuk mengetahui lebih lanjut tentang fizik roller coaster? Cuba Funderstanding Roller Coaster dalam talian, di mana anda boleh melaraskan saiz bukit, gelung menegak, daya geseran dan graviti, jisim kereta api dan faktor lain untuk melihat konsep fizik dalam tindakan.
