La fisica delle montagne russe è allo stesso tempo complessa e semplice, ma senza l'influenza di questo ramo della scienza, queste incredibili giostre non si sposterebbero di un centimetro.
Cos'è la fisica?
La fisica è lo studio della materia e dell'energia e di come forze diverse interagiscono e si influenzano a vicenda. Dalla gravità all'accelerazione fino all'attrito, la fisica è la scienza chiave dietro il funzionamento di successo di tutte le montagne russe. Che si tratti di un semplice ottovolante per bambini o di un'elaborata macchina urlante, tutti devono seguire gli stessi principi fisici per un funzionamento sicuro ed efficiente.
Fisica delle montagne russe: concetti chiave
La premessa fisica più basilare che influenza le montagne russe è il detto "ciò che sale deve scendere". Il processo di trasformazione della "discesa" in anelli, curve, salite e inversioni, tuttavia, richiede conoscenze più specializzate. I concetti chiave della fisica delle montagne russe includono:
- Gravitazione: La gravità è la forza che attira tutti gli oggetti verso il centro della Terra ed è il concetto fisico più importante correlato alle montagne russe. In sostanza, una volta che le montagne russe si sganciano dal sollevamento iniziale della catena o dalla forza di propulsione, la gravità assicura che completi il suo percorso lungo il binario. La gravità è avvertita dai ciclisti anche in termini di forze sia positive che negative che sembrano spingere i ciclisti più in profondità nei loro sedili o tirarli fuori da essi, una sensazione emozionante che molti amanti del brivido apprezzano.
- Energia potenziale ed energia cinetica: Questi due concetti correlati governano i cambiamenti nella velocità e nell' altezza delle montagne russe. In poche parole, più un oggetto è sollevato da terra, maggiore è la sua energia potenziale, ovvero il potenziale per guadagnare velocità mentre cade. Mentre cade verso terra, l'energia potenziale si trasforma in energia cinetica o energia di movimento. La somma dei due tipi di energia è costante, ma le montagne russe devono mantenere un adeguato equilibrio tra energia potenziale e cinetica per offrire una corsa emozionante.
- Accelerazione: Spesso confusa con la velocità, l'accelerazione è in re altà un cambiamento di velocità, che può essere un cambiamento di velocità o di direzione. Pertanto, le montagne russe accelerano attraverso giri e curve anche se la loro velocità rimane costante.
- Friction: Le formule e i calcoli fisici devono includere l'attrito come fattore chiave per le montagne russe, perché l'attrito è una forza che può rallentare significativamente la corsa. Il contatto tra il treno e l'aria e tra le ruote e il binario impone attrito sulla corsa.
Concetti aggiuntivi di fisica
Oltre a questi principi chiave per la fisica delle montagne russe, anche altri concetti fisici influenzano il funzionamento delle montagne russe e sono ugualmente fondamentali per un viaggio sicuro e divertente.
- Pressione: Molti sistemi di frenatura delle montagne russe sono azionati dalla pressione dell'aria e tale pressione deve essere sufficiente per fermare sia i treni vuoti che quelli carichi senza ferire i passeggeri o esercitare troppa tensione sui passeggeri. la struttura della giostra.
- Ottica: I sensori ottici aiutano i sistemi informatici a controllare dove si trova la corsa e come funziona.
- Magnetismo: Molte giostre ad alta tecnologia utilizzano elettromagneti sia come forma di propulsione che di frenatura, e i magneti devono essere sincronizzati e calibrati con precisione per un funzionamento sicuro.
- Elettricità: Una corretta elettricità è vitale per le montagne russe, dal far funzionare la corsa all'alimentazione delle luci che la decorano.
Più necessità scientifiche
La fisica non è l'unica scienza necessaria per un ottovolante emozionante e senza intoppi. Quando viene progettata un'attrazione, gli ingegneri e i funzionari del parco devono anche considerare:
- Biology: Il modo in cui lo stress della corsa influenzerà i ciclisti è un fattore importante nel determinare se la corsa sarà divertente o dolorosa. Una corsa mal progettata può portare anche a svenimenti, mal di testa e altri infortuni.
- Geology: le moderne montagne russe in acciaio pesano centinaia di tonnellate ed è necessaria una conoscenza approfondita della geologia del parco per posizionare le montagne russe su una superficie stabile e di supporto. Cedar Point è un esempio di parco che deve prestare particolare attenzione a questo, poiché le sue diciassette montagne russe sono posizionate lungo la riva di un lago e attorno ad una laguna paludosa.
- Climatology: Il clima in cui è costruita un'attrazione può influenzare notevolmente i tipi di materiali utilizzati per la sua costruzione.
- Psychology: Il modo in cui una corsa viene nominata, decorata e promossa richiede una comprensione dettagliata della psicologia per attirare i ciclisti.
Studiare fisica sulle montagne russe
Poiché ci sono così tanti concetti scientifici utilizzati per progettare, costruire e far funzionare le montagne russe, molti parchi di divertimento ospitano eventi del Physics Day e invitano le scuole locali a mettere alla prova le loro conoscenze rispetto alle giostre del parco. Gli insegnanti di fisica possono richiedere agli studenti di misurare velocità, angoli, velocità, accelerazione e altri dati sulle montagne russe per rispondere alle domande, mentre alcuni parchi offrono concorsi per aspiranti ingegneri delle montagne russe per progettare le proprie giostre e costruire modelli. Questo può essere un evento divertente ed educativo per gli studenti di fisica dalla scuola elementare all'università.
Risorsa aggiuntiva
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