Berg-och dalbanornas fysik
Berg-och-dalbanornas fysik omfattar mekaniken som påverkar designen och driften av berg-och dalbanor , en maskin som använder gravitation och tröghet för att skicka ett tåg med bilar längs ett slingrande spår. Tyngdkraft, tröghet, g-krafter och centripetalacceleration ger förare ständigt föränderliga krafter som skapar vissa förnimmelser när dalbanan färdas runt banan.
Introduktion
En berg-och dalbana är en maskin som använder gravitation och tröghet för att skicka ett tåg med bilar längs ett slingrande spår. Kombinationen av gravitation och tröghet, tillsammans med g-krafter och centripetalacceleration ger kroppen vissa förnimmelser när dalbanan rör sig upp, ner och runt banan. De krafter som ryttaren upplever förändras ständigt, vilket leder till glädjekänslor hos vissa ryttare och illamående hos andra.
Energi
Till en början dras bilen till toppen av den första backen och släpps, varvid den rullar fritt längs banan utan någon yttre mekanisk assistans under resten av åkturen. Syftet med bestigningen av den första backen är att bygga upp potentiell energi som sedan kommer att omvandlas till kinetisk energi allteftersom turen fortskrider. Den första backen, eller liftbacken , är den högsta under hela turen. När tåget dras till toppen får det potentiell energi, vilket förklaras av ekvationen för potentiell energi nedan:
där U g är potentiell energi, m är massa , g är acceleration på grund av gravitation och h är höjd över marken. Två tåg med identisk massa på olika höjder kommer därför att ha olika potentiella energier: tåget på en högre höjd kommer att ha mer potentiell energi än ett tåg på lägre höjd. Det betyder att den potentiella energin för berg- och dalbanasystemet är störst på den högsta punkten på banan, eller toppen av liftbacken. När berg-och dalbanatåget börjar sin nedstigning från liftbacken, omvandlas den lagrade potentiella energin till kinetisk energi, eller rörelseenergi . Ju snabbare tåget rör sig, desto mer kinetisk energi får tåget, vilket visas av ekvationen för kinetisk energi:
där K är kinetisk energi , m är massa och v är hastighet. Eftersom massan av en berg-och dalbana förblir konstant, om hastigheten ökas, måste den kinetiska energin också öka. Detta innebär att den kinetiska energin för berg-och-dalbanan är störst i botten av den största nedförsbacken på banan, typiskt i botten av liftbacken. När tåget börjar klättra upp för nästa backe på spåret, omvandlas tågets rörelseenergi tillbaka till potentiell energi, vilket minskar tågets hastighet. Denna process att omvandla kinetisk energi till potentiell energi och tillbaka till kinetisk energi fortsätter med varje kulle. Energin förstörs aldrig utan går förlorad på grund av friktion mellan bilen och banan, vilket gör att resan stannar helt.
Tröghet och gravitation
När du går runt en berg-och-dalbanas vertikala slinga håller trögheten som producerar en spännande accelerationskraft också passagerarna kvar på sina platser. När bilen närmar sig en slinga pekar riktningen för en passagerares tröghetshastighet rakt fram i samma vinkel som spåret som leder upp till slingan. När bilen går in i slingan, leder spåret bilen uppåt och för passageraren uppåt. Denna riktningsändring skapar en känsla av extra gravitation när passageraren trycks ner i sätet.
På toppen av slingan trycker kraften från bilens acceleration passageraren från sätet mot mitten av slingan, medan trögheten trycker tillbaka passageraren i sätet. Tyngdkraften och accelerationskrafterna pressar passageraren i motsatta riktningar med nästan lika kraft, vilket skapar en känsla av viktlöshet .
I botten av slingan trycker tyngdkraften och riktningsändringen av passagerarens tröghet från en nedåtgående vertikal riktning till en som är horisontell, passageraren i sätet, vilket gör att passageraren återigen känner sig väldigt tung. De flesta berg-och dalbanor använder fasthållningssystem , men krafterna som utövas av de flesta inverterande och dalbanor skulle hindra passagerare från att falla ut.
G-krafter
G-krafter (gravitationskrafter) skapar den så kallade "fjärils"-känslan som känns när en bil åker nedför en lutning. En acceleration på 1 standardgravitation (9,8 m/s 2 ) är den vanliga kraften av jordens gravitationskraft som utövas på en person när han står still. Mätningen av en persons normalvikt inkluderar denna gravitationsacceleration. När en person känner sig viktlös på toppen av en slinga eller när han går nerför en backe, är de i fritt fall . Men om toppen av en kulle är krökt smalare än en parabel kommer ryttare att uppleva negativa G och lyftas upp ur sina säten och uppleva den så kallade "fjärils"-sensationen.
Skillnaden mellan underlägg av trä och stål
En träunderlägg har ett spår som består av tunna laminat av trä staplade ihop, med en platt stålskena fäst på det översta laminatet. Stålunderlägg använder rörformade stål-, I-balkar eller lådskenor. Båda typernas bärande struktur kan vara stål eller trä. Traditionellt använde stålunderlägg inversioner till spänningsryttare, medan träunderlägg förlitade sig på branta fall och skarpa riktningsändringar för att leverera sin spänning. De senaste framstegen inom underläggsteknologi har dock sett uppkomsten av hybridstålunderlägg med trästrukturer, ett exempel är New Texas Giant at Six Flags Over Texas , och träunderlägg som har inversioner, som Outlaw Run at Silver Dollar City .
Historia
De grundläggande principerna för berg-och dalbanor mekanik har varit kända sedan 1865, [ citat behövs ] och sedan dess har berg-och dalbanor blivit en populär avledning.
När bättre teknik blev tillgänglig började ingenjörer använda datoriserade designverktyg för att beräkna de krafter och påfrestningar som åkturen skulle utsätta passagerare för. Datorer används nu för att designa säkra glasunderlägg med specialdesignade begränsningar och lätta och hållbara material. Idag tillåter rörformade stålband och polyuretanhjul att dalbanor kan färdas över 100 miles per timme (160 km/h), medan ännu högre, snabbare och mer komplexa berg-och dalbanor fortsätter att byggas.
Se även
- Euthanasia Coaster
- Jerk , Jounce , Crackle och Pop
| Översikt |  |
|
|---|---|---|
| Teknologi | ||
