Hız trenlerinin fiziği hem karmaşık hem de basittir, ancak bu bilim dalının etkisi olmasaydı, bu muhteşem eğlence araçları bir santim bile hareket etmezdi.
Fizik Nedir?
Fizik, madde ve enerjinin ve her birindeki farklı kuvvetlerin birbirleriyle nasıl etkileşime girip birbirlerini nasıl etkilediğinin incelenmesidir. Yerçekiminden hızlanmaya ve sürtünmeye kadar tüm hız trenlerinin başarılı çalışmasının ardındaki temel bilim fiziktir. Bir yolculuk ister basit bir çocuk treni ister ayrıntılı bir çığlık makinesi olsun, güvenli ve verimli çalışma için hepsinin aynı fizik ilkelerine uyması gerekir.
Rol Hız Trenlerinin Fiziği: Temel Kavramlar
Hız trenlerini etkileyen en temel fizik önermesi "yukarı çıkanın aşağı inmesi gerekir" atasözüdür. Ancak bu "aşağı inme" nin nasıl döngülere, eğrilere, tepelere ve ters dönüşlere dönüştüğü süreci daha fazla uzmanlık bilgisi gerektirir. Temel hız treni fiziği kavramları şunları içerir:
- Yerçekimi: Yerçekimi, tüm nesneleri Dünya'nın merkezine doğru çeken kuvvettir ve hız trenleriyle ilgili en önemli fizik kavramıdır. Esasen, bir hız treni başlangıçtaki zincir kaldırma kuvvetinden veya itme kuvvetinden ayrıldığında, yerçekimi onun ray boyunca rotasını tamamlamasını sağlar. Yerçekimi aynı zamanda sürücüler tarafından, sürücüleri koltuklarının daha derinlerine iten veya koltuklarından yukarı çeken pozitif ve negatif kuvvetler açısından da hissedilir; bu, pek çok heyecan arayan kişinin hoşuna giden heyecan verici bir duygudur.
- Potansiyel Enerji ve Kinetik Enerji: Bu iki ilgili kavram, trenin hız ve yüksekliğindeki değişiklikleri yönetir. Basitçe söylemek gerekirse, bir nesne yerden ne kadar yüksekte olursa, potansiyel enerjisi de o kadar fazla olur; yani düşerken hız kazanma potansiyeli. Yere düştükçe bu potansiyel enerji kinetik enerjiye yani hareket enerjisine dönüşür. İki tür enerjinin toplamı sabittir, ancak hız treninin heyecan verici bir yolculuk sunabilmesi için potansiyel ve kinetik enerjiler arasında yeterli bir denge sağlaması gerekir.
- İvme: Hızla sıklıkla karıştırılan ivme aslında hızdaki bir değişikliktir; bu, hızda veya yönde bir değişiklik olabilir. Bu nedenle hız treni, hızı sabit kalsa bile döngüler ve virajlar boyunca hızlanıyor.
- Sürtünme: Fizik formülleri ve hesaplamaları, hız trenleri için önemli bir faktör olarak sürtünmeyi içermelidir, çünkü sürtünme, sürüşü önemli ölçüde yavaşlatabilen bir kuvvettir. Tren ile hava arasındaki ve tekerlekler ile ray arasındaki temas, sürüşte sürtünmeye neden olur.
Ek Fizik Kavramları
Hız trenlerinin fiziğine ilişkin bu temel ilkelere ek olarak, diğer fizik kavramları da hız trenlerinin nasıl çalıştığını etkiler ve güvenli, eğlenceli bir sürüş için eşit derecede kritik öneme sahiptir.
- Basınç: Çoğu hız treni fren sistemi hava basıncıyla çalıştırılır ve bu basınç, yolculara zarar vermeden veya yolculara çok fazla baskı uygulamadan hem boş hem de yüklü trenleri durdurmaya yeterli olmalıdır. sürüş yapısı.
- Optics: Optik sensörler, bilgisayar sistemlerinin sürüşün nerede olduğunu ve nasıl çalıştığını kontrol etmesine yardımcı olur.
- Magnetism: Birçok yüksek teknoloji ürünü araç, elektromıknatısları bir tür itiş veya frenleme olarak kullanır ve mıknatısların güvenli çalışma için hassas şekilde zamanlanması ve kalibre edilmesi gerekir.
- Electricity: Doğru elektrik, hız trenleri için hayati öneme sahiptir; sürüşü gerçekten çalıştırmaktan, onu süsleyen ışıklara güç vermeye kadar.
Daha Fazla Bilim Gereksinimi
Sorunsuz çalışan, heyecan verici bir hız treni için gerekli olan tek bilim fizik değildir. Bir sürüş tasarlanırken mühendisler ve park görevlileri şunları da dikkate almalıdır:
- Biology: Yolculuğun stresinin biniciyi nasıl etkileyeceği, yolculuğun keyifli mi yoksa acı verici mi olacağı konusunda önemli bir faktördür. Çok kötü tasarlanmış bir sürüş bayılmalara, baş ağrılarına ve diğer yaralanmalara bile yol açabilir.
- Geology: Modern çelik hız trenleri yüzlerce ton ağırlığındadır ve treni sabit, destekleyici bir yüzeye konumlandırmak için parkın jeolojisinin iyi anlaşılması gerekir. Cedar Point, buna özellikle dikkat etmesi gereken bir park örneğidir; on yedi hız treni göl kıyısı boyunca ve bataklık bir lagün çevresinde konumlandırılmıştır.
- Climatology: Bir arabanın inşa edildiği iklim, yapımında kullanılan malzeme türlerini büyük ölçüde etkileyebilir.
- Psychology: Bir yolculuğun nasıl adlandırıldığı, dekore edildiği ve tanıtıldığı, sürücülerin ilgisini çekmek için ayrıntılı bir psikoloji anlayışı gerektirir.
Hızlı Trenlerle Fizik Çalışmak
Hız trenini tasarlamak, inşa etmek ve işletmek için kullanılan pek çok bilimsel kavram olduğundan, birçok eğlence parkı Fizik Günü etkinliklerine ev sahipliği yapar ve yerel okulları parktaki oyuncaklara karşı bilgilerini test etmeye davet eder. Fizik öğretmenleri, soruları yanıtlamak için öğrencilerden hızları, açıları, hızı, ivmeyi ve diğer hız treni gerçeklerini ölçmelerini isteyebilir; bazı parklar ise hevesli hız treni mühendislerine kendi sürüşlerini tasarlamaları ve modeller oluşturmaları için yarışmalar sunar. Bu, ilkokuldan üniversite seviyesine kadar fizik öğrencileri için eğlenceli ve eğitici bir etkinlik olabilir.
Ek Kaynak
Hız trenlerinin fiziği hakkında daha fazla şey öğrenmek ister misiniz? Fizik kavramlarını çalışırken görmek için tepelerin boyutlarını, dikey döngüleri, sürtünme ve yerçekimi kuvvetlerini, tren kütlelerini ve diğer faktörleri ayarlayabileceğiniz çevrimiçi Funderstanding Roller Coaster'ı deneyin.
