Fizika Iza Vaših Omiljenih Podmornica

Podmornice mogu biti strojevi uzbuđenja koji izazivaju povraćanje i suzu, ali također su fascinantni primjeri složene fizike na djelu.

Dobivanje niza automobila kroz čvor kapi, okretanja, prevrtanja i pokretanja zahtijeva timove inženjera strojarstva koji analiziraju koncepte poput sila, ubrzanja i energije. Kako bismo dobili predstavu o znanosti koja stoji iza naših omiljenih vožnja, razgovarali smo s Jeffreyjem Rhoadsom, profesorom u Purdueovoj Mašinskoj školi i tvorcem sveučilišne klase dinamike roletnih motocikala.

Dovršavanje kruga

Počnimo s osnovama. Podmornice na otvorenom, kao i sve ostalo, moraju se pridržavati zakona očuvanja energije, što znači da vlak može ići samo onoliko brzo i onoliko koliko dopušta količina uskladištene (potencijalne) energije.

Potencijalna energija obično dolazi od podizanja vlaka uzbrdo lancem ili sajlom. Dok vlak putuje niz brdo, potencijalna energija pretvara se u pokretnu (kinetičku) energiju; brži vlak ide, više kinetičke energije ima.

Kinetička se energija vraća natrag u potencijalnu energiju dok se automobili penju na slijedeća brda. Budući da automobili nužno gube nešto energije putem sila poput trenja i vuče zraka, najviša točka na tradicionalnom podmorju (pomislite: Six Flags Magic Mountain Goliath ili Twisted Colossus vožnja) gotovo je uvijek prvo brdo. Ako postoji još jedan veliki pad koji je viši od prvog, dizajneri dodaju više dizala (pomislite: veliki pad na kraju Disneyeve planine Splash).

Nicole Mays / Flickr (cc 2.0)

Neki se podmornici spuštaju dalje od 90 stupnjeva, zakrivivši se prema unutra brda žičara, poput Valravna u Cedar Pointu. Fizika u igri je ista, ali Rhoads kaže kako ove kapi mogu ponuditi akutniji osjećaj bestežine.

Ostali podmornici, poput Kingda Ka Six Flags Great Adventure ili Top Thrill Dragster, pohranjuju svoju energiju u bacačima, plivačkim klipima sa pogonom na tekućinu ili zrak, ili u elektromagnete ugrađene u stazu i automobile. Podmornice za lansiranje ne zahtijevaju golema brda za dizanje (što štedi puno prostora) i nude drugačiju vrstu iščekivanja. "Veliki parkovi žele raznolika iskustva jahača, a podmornice su odličan način za promjenu osjećaja", kaže Rhoads.

Petlje, obruči i okreće

Inženjeri stvaraju uzbuđenje ubrzavanjem - u osnovi mijenjajući brzinu jahača na visoko inženjerski, neprirodan način. Coaster inženjeri pozivaju Newtonove zakone kretanja kako bi vozači osjetili kombinirane sile gravitacije i ubrzanja, što stvara uzbudljiv, neobičan osjećaj tijela. Petlje, čepovi i čvrsti zavoji prisiljavaju tijela jahača vertikalno i vodoravno na proračunate načine.

Ikad se pitate zašto su petlje u obliku suze, a ne kružne? "Izazov je projektiranje prijelaza u i izvan petlje," kaže Rhoads. "Morate biti sigurni da ne izazivate trzaje" ili promjene ubrzanja koje mogu dovesti do trzaja. Sve što se kreće u kružnom gibanju doživljava drugu vrstu ubrzanja zvanu centripetalno ubrzanje, koje se povećava brže kretanje automobila ili manji krug. Kružna petlja uzrokovala bi nalet zbog naglog dodavanja centripetalnog ubrzanja. Suzavac kontrolira to ubrzanje, olakšavajući vozača kroz petlju i sprečavajući trzaje.

Howard Sayer / Getty Images

A onda su tu rola, koja mogu dezorijentirati jahače na nekoliko načina. Inline twists su valjci koji okreću vlakove oko pruge, ali kolutovi srca pokušavaju okretati vozače oko prsa. Colossus u parku Thorpe (gore) najbolji je primjer kotrljanja srca na poslu - 90-ova vožnja ima 10 inverzije, uključujući četiri uzastopna zamotanja. "Vidjet ćemo više [podmetača sa] više valjaka u nizu jedan za drugim", rekao je Rhoads, "jer to stvara ogromnu količinu dezorijentacije."

Drvo Versus Steel

Drveni podmetači ne mogu dobro smjestiti petlje, pa su često manje dezorijentirajući od svojih čeličnih kolegica. Pa zašto ih neki jahači preferiraju? "Ljudi ... poput iščekivanja, njihova nervoza koja ih malo pojačava. Žele osjetiti kao da se struktura kreće ispod njih, “kaže Rhoads. "Čelični podmornici gotovo su obrnuto. To je poput vožnje antiknim vozilom nasuprot vožnji najnovijeg sportskog automobila. "

Los Angeles Times putem Getty Imagesa

Drveni podmetači obično nemaju petlje ili valjke, jer bi bilo potrebno previše drveta da podrži silu teškog vlaka. Hades 360 na Mt. Olympus u Wisconsinu podržava kolut na drvenim prugama sa čeličnim skelama.

Podmlatke nove generacije

Postoji samo toliko mnogo načina na koje možete maziti ljude u kolicima slanjem gore, dolje i naopako. Neki graditelji vožnje stvaraju pretince koji se kotrljaju neovisno o automobilima, kružeći osovinama okomito na stazu, što dodaje više okretaja bez potrebe za više petlji. To se stvarno može vidjeti na The Joker at the Great Flag's Great Adventure (dolje).

Iskustva s podzemnim željeznicama ipak su više od zbroja njihovih ubrzanja. Ostali graditelji dodaju svjetla, dim, šalju podmornice pod zemlju i dodaju šipke "glava" i "noga", šipke bliske, ali ne previše bliske, koji pružaju dodatni element uzbuđenja i / ili terora. "To je putanja koju ćemo neko vrijeme slijediti", rekao je Rhoads. "Veće i brže neće biti moguće mnogo duže."