Vuoristoratojen fysiikka on sekä monimutkaista että yksinkertaista, mutta ilman tämän tieteenalan vaikutusta nämä upeat huviajelut eivät liikkuisi tuumaakaan.
Mitä on fysiikka?
Fysiikka tutkii ainetta ja energiaa ja sitä, kuinka eri voimat ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja vaikuttavat toisiinsa. Painovoimasta kiihtyvyyteen kitkaan, fysiikka on avaintiede kaikkien vuoristoratojen onnistuneen toiminnan takana. Olipa kyyti sitten yksinkertaista lastenalusta tai monimutkainen huutokone, niiden kaikkien on noudatettava samoja fysiikan periaatteita turvallisen ja tehokkaan toiminnan takaamiseksi.
Vuoristoratojen fysiikka: keskeiset käsitteet
Perimmäisin fysiikan lähtökohta, joka vaikuttaa vuoristoratoihin, on sanonta "mikä menee ylös, sen pitää tulla alas". Prosessi, jolla tuo "alastulo" kiertyy silmukoiksi, kaarteiksi, kukkuloiksi ja käänteisiksi, vaatii kuitenkin erikoisosaamista. Tärkeimmät lasialustan fysiikan käsitteet ovat:
- Gvitaatio: Painovoima on voima, joka vetää kaikki esineet kohti Maan keskustaa ja on tärkein vuoristoratoihin liittyvä fysiikan käsite. Pohjimmiltaan, kun vuoristorata irtoaa alkuperäisestä ketjunnostuksesta tai propulsiovoimasta, painovoima varmistaa, että se suorittaa kurssin radalla. Ratsastajat tuntevat myös painovoiman sekä positiivisina että negatiivisina voimina, jotka näyttävät työntävän ratsastajia syvemmälle istuimiinsa tai vetävän heidät ylös niistä. Tämä on jännittävä tunne, josta monet jännityksen etsijät pitävät.
- Potentiaalinen energia ja kineettinen energia: Nämä kaksi toisiinsa liittyvää käsitettä hallitsevat vuoristoradan nopeuden ja korkeuden muutoksia. Yksinkertaisesti sanottuna, mitä korkeammalla esine on maasta, sitä enemmän sillä on potentiaalista energiaa - eli potentiaalia nostaa nopeutta putoaessaan. Kun se putoaa kohti maata, se potentiaalinen energia muuttuu kineettiseksi energiaksi tai liikeenergiaksi. Kahden energiatyypin summa on vakio, mutta vuoristoradan on säilytettävä riittävä tasapaino potentiaalisten ja kineettisten energioiden välillä, jotta se voi tuottaa jännittävän ajon.
- Kiihtyvyys: Usein nopeuteen sekoitettu kiihtyvyys on itse asiassa nopeuden muutosta - mikä voi olla muutos joko nopeudessa tai suunnassa. Siksi vuoristorata kiihtyy silmukoiden ja kaarteiden läpi, vaikka sen nopeus pysyy vakiona.
- Kitka: Fysiikan kaavoissa ja laskelmissa on oltava kitka avaintekijänä vuoristoratoja varten, koska kitka on voima, joka voi merkittävästi hidastaa ajoa. Kosketus junan ja ilman sekä pyörien ja radan välillä aiheuttaa kitkaa ajoon.
Fysiikan lisäkäsitteitä
Näiden vuoristoratojen fysiikan avainperiaatteiden lisäksi myös muut fysiikan käsitteet vaikuttavat vuoristoratojen toimintaan ja ovat yhtä tärkeitä turvallisen ja hauskan ajon kann alta.
- Paine: Monet vuoristoratojen jarrujärjestelmät toimivat ilmanpaineella, ja sen paineen on oltava riittävä pysäyttämään sekä tyhjät että kuormatut junat vahingoittamatta matkustajia tai rasittamatta liikaa ajorakenne.
- Optiikka: Optiset anturit auttavat tietokonejärjestelmiä hallitsemaan, missä ajo on ja miten se toimii.
- Magnetismi: Monissa huipputekniikan ajoissa käytetään sähkömagneetteja joko työntövoimana tai jarrutuksena, ja magneetit on ajoitettava ja kalibroitava tarkasti turvallista käyttöä varten.
- Sähkö: Oikea sähkö on elintärkeää vuoristorataille aina ajon tosiasiallisesta ajamisesta sitä koristelevien valojen käyttöön.
Lisää tieteen välttämättömyyksiä
Fysiikka ei ole ainoa tiede, joka tarvitaan sujuvasti toimivaan, jännittävään vuoristorataan. Kun rataa suunnitellaan, insinöörien ja puistovirkailijoiden on otettava huomioon myös:
- Biologia: Se, miten ajon stressit vaikuttavat ratsastajiin, on tärkeä tekijä siinä, onko ajo nautinnollista vai tuskallista. Erittäin huonosti suunniteltu ajomatka voi jopa johtaa sähkökatkoihin, päänsärkyyn ja muihin vammoihin.
- Geologia: Nykyaikaiset teräksiset vuoristoradat painavat satoja tonneja, ja puiston geologian tarkka ymmärtäminen on välttämätöntä, jotta vuoristorata voidaan sijoittaa vakaalle, tukevalle alustalle. Cedar Point on esimerkki puistosta, johon on kiinnitettävä erityistä huomiota, sillä sen seitsemäntoista vuoristorataa sijaitsevat järven rannalla ja soisen laguunin ympärillä.
- Ilmastotiede: Ilmasto, johon kyyti on rakennettu, voi vaikuttaa suuresti sen rakentamiseen käytettyihin materiaaleihin.
- Psykologia: Miten kyydin nimetään, koristellaan ja mainostetaan, tarvitaan yksityiskohtaista ymmärrystä psykologiasta ratsastajien houkuttelemiseksi.
Fysiikan opiskelu vuoristoratojen kanssa
Koska vuoristoradan suunnittelussa, rakentamisessa ja käytössä on niin monia tieteellisiä konsepteja, monet huvipuistot isännöivät Fysiikan päivän tapahtumia ja kutsuvat paikallisia kouluja testaamaan tietonsa puiston ajeluissa. Fysiikan opettajat voivat vaatia oppilaita mittaamaan nopeuksia, kulmia, nopeutta, kiihtyvyyttä ja muita vuoristoratoja koskevia faktoja vastatakseen kysymyksiin, kun taas jotkin puistot tarjoavat kilpailuja vuoristoratojen insinööreille suunnittelemaan omia ajojaan ja rakentamaan malleja. Tämä voi olla hauska ja opettavainen tapahtuma fysiikan opiskelijoille peruskoulusta korkeakoulutasoon.
Lisäresurssit
Haluatko oppia lisää vuoristoratojen fysiikasta? Kokeile verkossa olevaa Funderstanding Roller Coasteria, jossa voit säätää kukkuloiden kokoa, pystysilmukoita, kitka- ja painovoimavoimia, harjoitella massoja ja muita tekijöitä nähdäksesi fysiikan käsitteet toiminnassa.