Fizika, Esanti Už Jūsų Mėgstamiausių Kalnelių

Kalneliai gali būti vėmimą ir ašarą sukeliantys jaudinimo aparatai, tačiau jie taip pat yra žavūs sudėtingos fizikos pavyzdžiai darbe.

Norėdami gauti mašinų eilutę per mazgą lašų, ​​apversti, riedėti ir paleisti, reikia mechanikos inžinierių komandų, analizuojančių tokias sąvokas kaip jėgos, pagreitis ir energija. Norėdami sužinoti apie mėgstamiausių kelionių mokslą idėją, kalbėjomės su Jeffrey Rhoadsu, Purdue mechaninės inžinerijos mokyklos profesoriumi ir universiteto kalnelių dinamikos klasės kūrėju.

Baigti grandinę

Pradėkime nuo pagrindų. Kalneliai, kaip ir visa kita, turi paisyti energijos taupymo įstatymų, ty traukinys gali važiuoti tik taip greitai ir tiek, kiek leidžia sukaupta (potenciali) energija.

Potenciali energija paprastai gaunama keliant traukinį grandine ar trosu į kalną. Traukiniui važiuojant žemyn nuo kalno, potenciali energija virsta judančiąja (kinetine) energija; Kuo greičiau traukinys eina, tuo daugiau kinetinės energijos jis turi.

Kinetinė energija vėl virsta potencialia energija, automobiliams kylant į tolimesnes kalvas. Kadangi automobiliai būtinai praranda dalį energijos per tokias jėgas kaip trintis ir oro tempimas, aukščiausias tradicinio padėklo taškas (pagalvokime: važiuoja „Six Flags Magic Mountain's Goliath“ ar „Twisted Colossus“) beveik visada yra pirmoji kalva. Jei yra dar vienas didelis kritimas, didesnis nei pirmasis, dizaineriai prideda daugiau keltuvų (pagalvokite: didelis kritimas Disnėjaus „Splash Mountain“ pabaigoje).

Nicole Mays / Flickr (kopija 2.0)

Kai kurie padėkliukai nukrenta toliau nei 90 laipsniai, nusileisdami į vidų keltuvo kalno viršuje, kaip ant Valravno Cedar Point mieste. Žaidžiama fizika yra ta pati, tačiau Rhoadsas sako, kad šie lašai gali sukelti aštresnį nesvarumo jausmą.

Kiti padėkliukai, pavyzdžiui, „Kingda Ka“ arba „Cedar Point“ geriausių nuotykių dragsteris, kaupia savo energiją neštuvuose, skysčio ar oro slėgio varikliniuose stūmokliniuose stūmokliuose arba elektromagnetuose, įmontuotuose takelyje ir automobiliuose. Laivų padėkliukams nereikia milžiniškų keltuvų kalvų (tai sutaupo daug vietos) ir siūloma kitokio pobūdžio išankstinė trauka. „Dideli parkai nori įvairaus motociklininko patyrimo, o padėkliukai - puikus būdas pakeisti savijautą“, - sako Rhoads.

Kilpos, pasislenka ir pasisuka

Inžinieriai sukuria jaudulį per pagreitį - tai iš esmės keičia motociklininko greitį labai inžinerijos būdu nenatūraliais būdais. Padėkliukų inžinieriai kreipiasi į Niutono judėjimo dėsnius, kad motociklininkai pajustų bendras sunkio jėgos ir pagreičio jėgas, kurios sukuria jaudinantį, neįprastą kūno pojūtį. Kilpos, kamščiatraukiai ir įtempti posūkiai skaičiuojamais būdais verčia vairuotojo kūnus vertikaliai ir horizontaliai.

Ar kada susimąstysite, kodėl kilpos yra ašarų formos, o ne apskritos? „Iššūkis yra suprojektuoti perėjimus į kilpą ir iš jos, - sako Rhoadsas. - Turite įsitikinti, kad nesukeliate trūkčiojimo“ ar pagreičio pokyčių, kurie gali sukelti plakimą. Bet kas, judantis sukamaisiais judesiais, patiria kitokį pagreitį, vadinamą centripetaliu pagreičiu, kuris padidėja, tuo greičiau automobilis važiuoja, arba kuo mažesnis apskritimas. Apskritimo kilpa sukeltų sujudimą staigiai padidėjus centripetaliam pagreičiui. Ašaros forma kontroliuoja tą pagreitį, palengvindama motociklininko kilpą ir užkertant kelią trūkčiojimui.

Howardas Sayeris / „Getty“ vaizdai

Ir tada yra ritinėliai, kurie keliais būdais gali sujaukti motociklininkus. Inline posūkiai yra ritinėliai, kurie suka traukinius aplink bėgių takelį, tačiau širdies ritinėliai bando pasukti motociklininkus aplink savo skrynes. Kolosas „Thorpe“ parke (aukščiau) yra geriausias širdies ritinėlių pavyzdys darbe - 90 antrasis važiavimas gali pasigirti 10 inversijomis, įskaitant keturis iš eilės širdies ritinius. „Mes pamatysime daugiau [padėkliukų su] daugybe ritinių iš eilės vienas po kito“, - sakė Rhoadsas, „nes tai sukelia didžiulį dezorientaciją“.

Mediena, palyginti su plienu

Mediniai padėkliukai negali labai gerai pritaikyti kilpų, todėl jie dažnai būna mažiau dezorientuojantys nei jų kolegos iš plieno. Taigi kodėl kai kurie motociklininkai jiems teikia pirmenybę? „Žmonės ... kaip ir laukimas, taip pat ir niūrumas, kuris juos šiek tiek sustiprina. Jie nori jausti, kaip po jais juda struktūra “, - sako Rhoads. „Plieniniai padėkliukai yra beveik visiškai priešingi. Tai panašu į vairavimą senoviniu automobiliu, palyginti su vairavimu su naujausiu sportiniu automobiliu “.

„Los Angeles Times“ per „Getty Images“

Mediniai padėkliukai paprastai neturi kilpų ar ritinėlių, nes sunkaus kalnelių traukinio jėgai palaikyti prireiktų per daug medienos. Hadesas 360 kalno viršūnėje „Olympus“ Viskonsine remia ritinius ant medinių vikšrų su plieniniais pastoliais.

Naujos kartos padėkliukai

Yra tik tiek būdų, kaip galite mažais vežimėliais supainioti žmones, siųsdami juos aukštyn, žemyn ir aukštyn. Kai kurie važiavimo statybininkai sukuria skyrius, kurie rieda nepriklausomai nuo automobilių, sukamaisiais ašimis statmenai takeliui, o tai prideda daugiau atlenkimų ir nereikia daugiau kilpų. Tai tikrai galite pamatyti „The Joker“ žaidime „Šešių vėliavų didysis nuotykis“ (žemiau).

Vis dėlto kalneliai yra ne tik jų pagreičių suma. Kiti statybininkai prideda žibintus, dūmus, siunčia padėkliukus po žeme ir prideda „galvos“ ir „kojų smulkintuvus“, arti, bet ne per arti strypus, kurie suteikia papildomą jaudulio ir (arba) teroro elementą. „Tai ta trajektorija, kuria kurį laiką eisime“, - sakė Rhoadsas. „Didesnis ir greitesnis nebus įmanomas daug ilgiau.“