רכבות הרים עשויות להיות מכונות ריגוש שמניעות הקאה ודמעות, אך הן גם דוגמאות מרתקות פיזיקה מורכבת בעבודה.
כדי להשיג מחרוזת מכוניות באמצעות קשר של טיפות, התהפכות, גלגולים ושיגורים, נדרש צוותי מהנדסי מכונות המנתחים מושגים כמו כוחות, תאוצה ואנרגיה. כדי לקבל מושג על המדע שמאחורי הרכיבות האהובות עלינו, שוחחנו עם ג'פרי רואדס, פרופסור בבית הספר להנדסת מכונות של פרדו ויוצר חוג הדינמיקה של רכבת הרים באוניברסיטה.
השלמת המעגל
נתחיל מהיסודות. רכבות הרים, כמו כל דבר אחר, חייבות לציית לחוק שימור האנרגיה, כלומר הרכבת יכולה להגיע רק כמה שיותר מהר ככל שמאפשרת כמות האנרגיה המאוחסנת (פוטנציאלית).
אנרגיה פוטנציאלית מגיעה בדרך כלל מהרמת הרכבת במעלה גבעה עם שרשרת או כבל. כשרכבת נוסעת במורד גבעה, האנרגיה הפוטנציאלית הופכת לאנרגיה נעה (קינטית); ככל שהרכבת עוברת מהר יותר, כך יש לה יותר אנרגיה קינטית.
האנרגיה הקינטית הופכת חזרה לאנרגיה פוטנציאלית כאשר המכוניות עולות על הגבעות הבאות. מכיוון שהמכוניות מאבדות בהכרח מעט אנרגיה באמצעות כוחות כמו חיכוך וגרירת אוויר, הנקודה הגבוהה ביותר ברכבת המסורתית (חשבו: Six Flags Magic Mountain's גָליַת אוֹ קולוסוס מעוות רוכב) היא כמעט תמיד הגבעה הראשונה. אם יש ירידה משמעותית נוספת שתגיע גבוהה יותר מהראשונה, המעצבים מוסיפים עוד מעליות (תחשוב: הירידה הגדולה בסוף הר Splash של דיסני).
הפיזיקה מאחורי תחתיות ההרים האהובות עליך קרדיט: ניקול מייס / פליקר (סמ'ק על ידי 2.0)
חלק מהתחתיות צונחות יותר מ -90 מעלות ומתעקלות פנימה בראש גבעת המעלית, כמו בכביש ולרבן בסידר פוינט. הפיזיקה במשחק זהה, אך רואדס אומר כי טיפות אלו יכולות להציע תחושה חריפה יותר של חוסר משקל.
תחתיות תחתיות אחרות, כמו קינגדה קה של Six Flags Great Adventure או ה- Drag Thrill Top של סידר פוינט, שומרות את האנרגיה שלה במשגרים, בבוכנות פינבול מונעות באמצעות נוזלים או באוויר, או במגנטים אלקטרוניים המובנים במסלול ובמכוניות. תחתיות ההשקה אינן דורשות גבעות מעליות ענקיות (מה שחוסך מקום רב), ומציעות ריגוש ציפיות מסוג אחר. פארקים גדולים רוצים מגוון חוויות רוכבים ותחתיות שיגור הן דרך נהדרת לשנות את התחושה, אומר רואדס.
לולאות, סיבובים וסיבובים
מהנדסים מייצרים ריגוש באמצעות תאוצה - בעצם משנים את מהירות הרוכבים בדרכים מהונדסות מאוד ולא טבעיות. מהנדסי רכבת קוראים לחוקי התנועה של ניוטון לגרום לרוכבים להרגיש את כוחות הכבידה והתאוצה המשולבים, מה שמייצר תחושת גוף מרגשת ויוצאת דופן. לולאות, חולצי פקקים וסיבובים הדוקים מאלצים את הרוכבים & apos; גופים אנכיים ואופקיים בדרכים מחושבות.
תהיתם פעם מדוע לולאות מעוצבות בצורת דמעה, ולא מעגליות? האתגר הוא תכנון המעברים אל תוך הלולאה ומחוצה לה, 'אומר רואדס. עליכם לוודא שאינכם מעוררים אידיוט או שינויים בתאוצה העלולים להוביל לצליפת שוט. כל מה שנע בתנועה מעגלית חווה תאוצה מסוג אחר הנקרא תאוצה צנטריפטלית, אשר עולה ככל שהמכונית עוברת מהר יותר, או ככל שהמעגל קטן יותר. לולאה מעגלית תגרום לטלטלה מהתוספת הפתאומית של התאוצה הצנטריפטלית. צורת דמעה שולטת בתאוצה זו, מקלה על הרוכב דרך הלולאה ומונעת אידיוט.
הפיזיקה מאחורי תחתיות ההרים האהובות עליך קרדיט: האוורד סייר / Getty Images
ויש לחמניות שיכולות לבלבל את הרוכבים בכמה דרכים. פיתולים מוטבעים הם גלילים המסתובבים ברכבות סביב המסילה, אך גלילי הלב מנסים לסובב רוכבים סביב חזהם. קולוס בפארק ת'ורפ (למעלה) היא הדוגמה הטובה ביותר לגלילות לב בעבודה - הנסיעה של 90 שניות מתגאה בעשרה היפוכים, כולל ארבעה גלילי לב רצופים. נראה יותר [תחתיות עם] מספר לחמניות בסדרות בזו אחר זו, אמר רואדס, מכיוון שהיא יוצרת כמות עצומה של חוסר התמצאות.
עץ נגד פלדה
תחתיות עץ לא יכולות להכיל לולאות בצורה טובה מאוד, ולכן הן לעיתים קרובות פחות מבולבלות ממקבילות הפלדה שלהן. אז למה יש רוכבים שמעדיפים אותם? אנשים ... כמו הציפייה, הרעידות שבהם שמגבירה אותם מעט. הם רוצים להרגיש שהמבנה נע תחתם, אומר רואדס. תחתיות פלדה הן כמעט ההפך. זה כמו לנהוג ברכב עתיק לעומת לנהוג במכונית הספורט החדשה ביותר.
הפיזיקה מאחורי תחתיות ההרים האהובות עליך קרדיט: לוס אנג'לס טיימס באמצעות Getty Images
תחתיות עץ נוטות שלא יהיו לולאות או לחמניות, מכיוון שיידרש הרבה יותר מדי עץ כדי לתמוך בכוח רכבת רכבת הרים כבדה. האדס 360 בהר. אולימפוס בוויסקונסין תומך בגליל על פסי עץ עם פיגומי פלדה.
תחתיות הדור הבא
יש רק כל כך הרבה דרכים בהן אתה יכול להעיף אנשים בעגלות קטנות על ידי שליחתם למעלה, למטה ולהפוך. יש בוני רכיבה שיוצרים תאים שמתגלגלים באופן עצמאי מהמכוניות, ומעגלים צירים בניצב למסלול, מה שמוסיף עוד סיבובים מבלי להזדקק ליותר לולאות. אתה באמת יכול לראות את זה ב- ג'וקר בהרפתקה הגדולה של שש הדגלים (לְהַלָן).
חוויות רכבת הרים הן לא רק סכום התאוצות שלהן. בנאים אחרים מוסיפים אורות, עשן, שולחים תחתיות מתחת לאדמה ומוסיפים מסקי ראש ורגליות, סורגים קרובים אך לא קרובים המספקים אלמנט נוסף של ריגוש ו / או אימה. זה המסלול שאנחנו הולכים ללכת לזמן מה, אמר רואדס. גדול ומהיר יותר לא יתאפשר זמן רב יותר.