Fysikken i rutsjebaner er både kompleks og enkel, men uden indflydelsen fra denne gren af videnskaben ville disse fantastiske forlystelser ikke bevæge sig en tomme.
Hvad er fysik?
Fysik er studiet af stof og energi, og hvordan forskellige kræfter fra hver interagerer med og påvirker hinanden. Fra tyngdekraft til acceleration til friktion, fysik er nøglevidenskaben bag den vellykkede drift af alle rutsjebaner. Uanset om en tur er en simpel kiddie coaster eller en kompliceret skrigemaskine, skal de alle følge de samme fysikprincipper for sikker og effektiv drift.
Fysik af rutsjebaner: nøglebegreber
Den mest grundlæggende fysiske forudsætning, der påvirker rutsjebaner, er ordsproget "det, der går op, skal komme ned." Processen med, hvordan det "kommer ned" er snoet til sløjfer, kurver, bakker og inversioner, kræver imidlertid mere specialiseret viden. Nøgle coaster fysik begreber omfatter:
- Gravitation: Tyngdekraften er den kraft, der trækker alle objekter mod Jordens centrum og er det vigtigste fysikkoncept relateret til rutsjebaner. I bund og grund, når en rutsjebane løsner sig fra den indledende kædeløft eller fremdrivningskraft, sikrer tyngdekraften, at den fuldfører sin bane langs sporet. Tyngdekraften mærkes også af ryttere i form af både positive og negative kræfter, der ser ud til at skubbe ryttere dybere ned i deres sæder eller trække dem op af dem, en spændende sensation, som mange spændingssøgende nyder.
- Potentiel energi og kinetisk energi: Disse to relaterede begreber styrer ændringerne i en coasters hastighed og højde. Kort sagt, jo højere en genstand er fra jorden, jo mere potentiel energi har den – altså potentiale til at få fart, når den falder. Når den falder mod jorden, ændres den potentielle energi til kinetisk energi eller bevægelsesenergi. Summen af de to energityper er konstant, men en rutschebane skal opretholde en passende balance mellem potentielle og kinetiske energier for at levere en spændende tur.
- Acceleration: Acceleration, der ofte forveksles med hastighed, er faktisk en ændring i hastighed - som kan være en ændring enten i hastighed eller retning. Derfor accelererer en rutschebane gennem sløjfer og kurver, selvom dens hastighed forbliver konstant.
- Friction: Fysiske formler og beregninger skal inkludere friktion som en nøglefaktor for rutsjebaner, fordi friktion er en kraft, der kan bremse en tur betydeligt. Kontakt mellem toget og luften og mellem hjulene og sporet påfører alt friktion på turen.
Yderligere fysikkoncepter
Ud over disse nøgleprincipper for rutsjebaners fysik påvirker andre fysikkoncepter også, hvordan skibstanker fungerer, og de er lige så vigtige for en sikker, sjov tur.
- Pressure: Mange rutsjebanebremsesystemer betjenes af lufttryk, og det tryk skal være tilstrækkeligt til at standse både tomme og lastede tog uden at skade passagererne eller udøve for meget stress på ridestrukturen.
- Optics: Optiske sensorer hjælper computersystemer med at kontrollere, hvor turen er, og hvordan den fungerer.
- Magnetism: Mange højteknologiske forlystelser bruger elektromagneter enten som en form for fremdrift eller bremsning, og magneterne skal være præcist timet og kalibreret for sikker drift.
- Elektricitet: Korrekt elektricitet er afgørende for rutsjebaner, fra faktisk at køre turen til at tænde for lysene, der dekorerer den.
Flere videnskabelige fornødenheder
Fysik er ikke den eneste videnskab, der er nødvendig for en velfungerende, spændende rutsjebane. Når en tur er designet, skal ingeniører og parkfunktionærer også overveje:
- Biology: Hvordan belastningen på turen vil påvirke ryttere er en væsentlig faktor for, om turen er behagelig eller smertefuld. En meget dårligt designet tur kan endda føre til blackouts, hovedpine og andre skader.
- Geology: Moderne stålrutschebaner vejer hundredvis af tons, og en akut forståelse af parkens geologi er nødvendig for at placere rutschebanen på en stabil, understøttende overflade. Cedar Point er et eksempel på en park, der skal være særlig opmærksom på dette, da dens sytten rutsjebaner er placeret langs en søbred og omkring en sumpet lagune.
- Climatology: Klimaet, en forlystelse er bygget i, kan i høj grad påvirke de typer materialer, der bruges til dens konstruktion.
- Psychology: Hvordan en tur navngives, dekoreres og promoveres kræver en detaljeret forståelse af psykologi for at tiltrække ryttere.
At studere fysik med rutsjebaner
Fordi der er så mange videnskabelige koncepter, der bruges til at designe, konstruere og drive en rutsjebane, arrangerer mange forlystelsesparker Physics Day-arrangementer og inviterer lokale skoler til at teste deres viden mod parkens forlystelser. Fysiklærere kan kræve, at eleverne måler hastigheder, vinkler, hastighed, acceleration og andre rutsjebanefakta for at besvare spørgsmål, mens nogle parker tilbyder konkurrencer for håbefulde rutsjebaneingeniører om at designe deres egne forlystelser og bygge modeller. Dette kan være en sjov og lærerig begivenhed for fysikstuderende fra grundskole til universitetsniveau.
Yderligere ressource
Er du interesseret i at lære mere om fysikken i rutsjebaner? Prøv online Funderstanding Roller Coaster, hvor du kan justere størrelsen af bakker, lodrette sløjfer, friktions- og tyngdekraftskræfter, træne masser og andre faktorer for at se fysikkoncepter i aktion.