Физиката на влакчетата в увеселителен парк е едновременно сложна и проста, но без влиянието на този клон на науката, тези невероятни увеселителни атракциони нямаше да помръднат и сантиметър.
Какво е физика?
Физиката изучава материята и енергията и как различните сили си взаимодействат и си влияят една на друга. От гравитацията през ускорението до триенето, физиката е ключовата наука зад успешната работа на всички влакчета. Независимо дали ездата е просто детско увеселителен парк или сложна машина за писъци, всички те трябва да следват едни и същи физични принципи за безопасна и ефективна работа.
Физика на влакчетата в увеселителен парк: Ключови понятия
Най-основната физична предпоставка, която засяга влакчетата в увеселителен парк, е поговорката „каквото върви нагоре, трябва да падне“. Процесът на това как това „слизане“се усуква в примки, криви, хълмове и обръщания обаче изисква по-специализирани познания. Ключовите физични концепции на увеселителен парк включват:
- Гравитация: Гравитацията е силата, която привлича всички обекти към центъра на Земята и е най-важната физична концепция, свързана с влакчетата. По същество, след като влакчето в увеселителен парк се освободи от първоначалното верижно повдигане или силата на задвижване, гравитацията гарантира, че то ще завърши курса си по пистата. Гравитацията също се усеща от ездачите по отношение както на положителни, така и на отрицателни сили, които сякаш тласкат ездачите по-дълбоко в седалките им или ги издърпват от тях, вълнуващо усещане, на което много търсачи на силни усещания се наслаждават.
- Потенциална енергия и кинетична енергия: Тези две свързани концепции управляват промените в скоростта и височината на увеселителен парк. Просто казано, колкото по-високо е даден обект от земята, толкова по-голяма потенциална енергия има той - тоест потенциал да набира скорост, докато пада. Докато пада към земята, тази потенциална енергия се променя в кинетична енергия или енергия на движение. Сумата от двата вида енергия е постоянна, но влакчето трябва да поддържа адекватен баланс на потенциална и кинетична енергия, за да осигури вълнуващо пътуване.
- Ускорение: Често бъркано със скоростта, ускорението всъщност е промяна в скоростта - която може да бъде промяна или в скоростта, или в посоката. Следователно влакчето в увеселителен парк се ускорява през петли и завои, дори ако скоростта му остава постоянна.
- Триене: Физическите формули и изчисления трябва да включват триенето като ключов фактор за влакчетата, защото триенето е сила, която може значително да забави пътуването. Контактът между влака и въздуха и между колелата и релсите създава триене при пътуването.
Допълнителни понятия по физика
В допълнение към тези ключови принципи за физиката на влакчетата в увеселителни влакчета, други физични концепции също влияят върху работата на влакчетата в увеселителен парк и са еднакво критични за безопасното и забавно пътуване.
- Налягане: Много спирачни системи на влакчета в увеселителен парк се управляват от въздушно налягане и това налягане трябва да е достатъчно, за да спре както празни, така и натоварени влакове, без да наранява пътниците или да оказва прекалено голямо натоварване структурата на возенето.
- Оптика: Оптичните сензори помагат на компютърните системи да контролират къде е превозното средство и как работи.
- Магнетизъм: Много високотехнологични пътувания използват електромагнити като форма на задвижване или спиране и магнитите трябва да бъдат точно синхронизирани и калибрирани за безопасна работа.
- Електричество: Правилното електричество е от жизненоважно значение за влакчетата в увеселителни влакчета, от действителното управление на возенето до захранването на светлините, които го украсяват.
Повече научни нужди
Физиката не е единствената наука, необходима за гладко работещо, вълнуващо влакче в увеселителен парк. Когато се проектира атракцион, инженерите и служителите на парка трябва също да вземат предвид:
- Биология: Как стресът от карането ще повлияе на ездачите е основен фактор за това дали карането е приятно или болезнено. Едно много лошо проектирано пътуване може дори да доведе до загуба на съзнание, главоболие и други наранявания.
- Геология: Модерните стоманени влакчета тежат стотици тонове и е необходимо ясно разбиране на геологията на парка, за да се позиционира увеселителният парк на стабилна, поддържаща повърхност. Cedar Point е пример за парк, който трябва да обърне специално внимание на това, тъй като неговите седемнадесет влакчета са разположени по протежение на брега на езеро и около блатиста лагуна.
- Климатология: Климатът, в който е построена атракцията, може значително да повлияе на видовете материали, използвани за нейната конструкция.
- Психология: Начинът, по който едно пътуване се наименува, украсява и рекламира, изисква подробно разбиране на психологията, за да привлече ездачи.
Изучаване на физика с влакчета
Тъй като има толкова много научни концепции, използвани за проектиране, конструиране и управление на влакче в увеселителен парк, много увеселителни паркове са домакини на събития за Деня на физиката и канят местни училища да тестват знанията си срещу атракционите в парка. Учителите по физика може да изискват от учениците да измерват скорости, ъгли, скорост, ускорение и други факти за влакчета, за да отговорят на въпроси, докато някои паркове предлагат състезания за амбициозни инженери на влакчета, за да проектират свои собствени атракциони и да изграждат модели. Това може да бъде забавно и образователно събитие за студенти по физика от начално училище до ниво колеж.
Допълнителен ресурс
Интересувате ли се да научите повече за физиката на влакчетата? Изпробвайте онлайн Funderstanding Roller Coaster, където можете да регулирате размерите на хълмовете, вертикалните контури, силите на триене и гравитацията, масите на влаковете и други фактори, за да видите физичните концепции в действие.