Fizika toboganov je zapletena in preprosta, a brez vpliva te veje znanosti se te neverjetne zabaviščne vožnje ne bi premaknile niti za centimeter.
Kaj je fizika?
Fizika preučuje snov in energijo ter kako različne sile medsebojno delujejo in vplivajo druga na drugo. Od gravitacije do pospeševanja do trenja je fizika ključna znanost za uspešno delovanje vseh toboganov. Ne glede na to, ali je vožnja preprost otroški podstavek ali dodelan stroj za kričanje, morajo vsi slediti istim fizikalnim načelom za varno in učinkovito delovanje.
Fizika toboganov: ključni pojmi
Najosnovnejša fizikalna predpostavka, ki vpliva na tobogane, je pregovor "kar gre gor, mora pasti." Proces, kako se to "spuščanje" zavije v zanke, krivulje, hribe in inverzije, pa zahteva bolj specializirano znanje. Ključni koncepti fizike podstavkov vključujejo:
- Gravitacija: Gravitacija je sila, ki vleče vse predmete proti središču Zemlje in je najpomembnejši fizikalni koncept, povezan z vlakci. V bistvu, ko se tobogan sprosti od začetnega verižnega dviga ali pogonske sile, gravitacija zagotovi, da dokonča svojo pot po progi. Gravitacijo občutijo tudi kolesarji v smislu pozitivnih in negativnih sil, za katere se zdi, da potisnejo kolesarje globlje v njihove sedeže ali jih potegnejo iz njih, kar je vznemirljiv občutek, v katerem uživajo mnogi iskalci vznemirjenja.
- Potencialna energija in kinetična energija: Ta dva povezana pojma urejata spremembe hitrosti in višine podstavka za kozarce. Preprosto povedano, višje ko je predmet nad tlemi, več potencialne energije ima – to je potencial za pridobivanje hitrosti med padanjem. Ko pade proti tlom, se ta potencialna energija spremeni v kinetično energijo ali energijo gibanja. Vsota obeh vrst energije je konstantna, tobogan pa mora ohraniti ustrezno ravnovesje potencialne in kinetične energije, da zagotovi vznemirljivo vožnjo.
- Pospešek: Pospešek, ki ga pogosto zamenjujejo s hitrostjo, je pravzaprav sprememba hitrosti - ki je lahko sprememba hitrosti ali smeri. Zato tobogan pospešuje skozi zanke in ovinke, tudi če njegova hitrost ostane nespremenjena.
- Trenje: Fizikalne formule in izračuni morajo vključevati trenje kot ključni dejavnik za tobogane, ker je trenje sila, ki lahko močno upočasni vožnjo. Stik med vlakom in zrakom ter med kolesi in progo povzroča trenje pri vožnji.
Dodatni koncepti fizike
Poleg teh ključnih načel za fiziko toboganov tudi drugi fizikalni koncepti vplivajo na delovanje podstavkov in so enako kritični za varno in zabavno vožnjo.
- Pritisk: Veliko zavornih sistemov toboganov poganja zračni tlak in ta tlak mora biti zadosten, da ustavi prazne in natovorjene vlake, ne da bi poškodoval potnike ali jih preveč obremenjeval struktura vožnje.
- Optika: Optični senzorji pomagajo računalniškim sistemom nadzorovati, kje je vožnja in kako deluje.
- Magnetizem: Veliko visokotehnoloških voženj uporablja elektromagnete kot obliko pogona ali zaviranja, magneti pa morajo biti za varno delovanje natančno tempirani in umerjeni.
- Elektrika: Ustrezna električna energija je ključnega pomena za tobogan, od dejanskega vodenja vožnje do napajanja luči, ki jo krasijo.
Več znanstvenih potreb
Fizika ni edina znanost, ki je potrebna za nemoteno delujoč, razburljiv tobogan. Pri oblikovanju vožnje morajo inženirji in uslužbenci parka upoštevati tudi:
- Biologija: Kako bo stres med vožnjo vplival na kolesarje, je glavni dejavnik pri tem, ali bo vožnja prijetna ali boleča. Zelo slabo zasnovana vožnja lahko povzroči celo izpade zavesti, glavobole in druge poškodbe.
- Geologija: Sodobni jekleni tobogani tehtajo na stotine ton in dobro razumevanje geologije parka je potrebno, da se podstavek postavi na stabilno, podporno površino. Cedar Point je primer parka, ki mora temu posvetiti posebno pozornost, saj je njegovih sedemnajst toboganov postavljenih vzdolž obale jezera in okoli močvirnate lagune.
- Klimatologija: Klima, v kateri je vgrajena vožnja, lahko močno vpliva na vrste materialov, uporabljenih za njeno izdelavo.
- Psihologija: Kako je vožnja poimenovana, okrašena in promovirana, je za privabljanje kolesarjev potrebno podrobno razumevanje psihologije.
Študij fizike s tobogani
Ker obstaja toliko znanstvenih konceptov, ki se uporabljajo za načrtovanje, izdelavo in upravljanje tobogana, številni zabaviščni parki gostijo dogodke ob dnevu fizike in vabijo lokalne šole, da preizkusijo svoje znanje na vožnjah v parku. Učitelji fizike lahko od učencev zahtevajo, da izmerijo hitrosti, kote, hitrost, pospešek in druga dejstva o toboganu, da bi odgovorili na vprašanja, medtem ko nekateri parki ponujajo tekmovanja za ambiciozne inženirje toboganov, da oblikujejo svoje vožnje in izdelajo modele. To je lahko zabaven in poučen dogodek za študente fizike od osnovne šole do visoke šole.
Dodatni vir
Te zanima več o fiziki toboganov? Preizkusite spletni Funderstanding Roller Coaster, kjer lahko prilagodite velikost hribov, navpičnih zank, sil trenja in gravitacije, mase vlakov in druge dejavnike, da vidite fizikalne koncepte v akciji.