Fyzika horských drah je složitá a jednoduchá, ale bez vlivu tohoto odvětví vědy by se tyto úžasné atrakce nepohnuly ani o píď.
Co je fyzika?
Fyzika je studiem hmoty a energie a toho, jak různé síly z každé na sebe vzájemně působí a ovlivňují se. Od gravitace přes zrychlení až po tření je fyzika klíčovou vědou stojící za úspěšným provozem všech horských drah. Ať už je jízda jednoduchá dětská dráha nebo propracovaný křičící stroj, všechny musí dodržovat stejné fyzikální principy pro bezpečný a efektivní provoz.
Fyzika horských drah: klíčové pojmy
Nejzákladnějším fyzikálním předpokladem, který ovlivňuje horské dráhy, je pořekadlo „co jde nahoru, musí sestoupit“. Proces, jak se to „sjíždění“stočí do smyček, zatáček, kopců a inverzí, však vyžaduje specializovanější znalosti. Mezi klíčové pojmy fyziky dráhy patří:
- Gravitace: Gravitace je síla, která přitahuje všechny objekty směrem ke středu Země a je jedním z nejdůležitějších fyzikálních konceptů souvisejících s horskými dráhami. V podstatě, jakmile se horská dráha odpojí od počátečního zdvihu řetězu nebo hnací síly, gravitace zajistí, že dokončí svůj kurz podél trati. Jezdci také pociťují gravitaci z hlediska pozitivních i negativních sil, které jako by tlačily jezdce hlouběji do jejich sedadel nebo je z nich vytahovaly, vzrušující pocit, který si vychutnává mnoho milovníků vzrušení.
- Potenciální energie a kinetická energie: Tyto dva související koncepty řídí změny v rychlosti a výšce dráhy. Jednoduše řečeno, čím výše je objekt nad zemí, tím více potenciální energie má – tedy potenciál získat rychlost při pádu. Když padá k zemi, tato potenciální energie se mění na kinetickou energii neboli energii pohybu. Součet těchto dvou druhů energie je konstantní, ale horská dráha musí udržovat přiměřenou rovnováhu potenciální a kinetické energie, aby poskytla vzrušující jízdu.
- Zrychlení: Zrychlení, které se často zaměňuje s rychlostí, je ve skutečnosti změna rychlosti – což může být změna rychlosti nebo směru. Proto horská dráha zrychluje přes smyčky a zatáčky, i když její rychlost zůstává konstantní.
- Tření: Fyzikální vzorce a výpočty musí zahrnovat tření jako klíčový faktor pro horské dráhy, protože tření je síla, která může výrazně zpomalit jízdu. Kontakt mezi vlakem a vzduchem a mezi koly a tratí způsobuje tření na jízdu.
Další fyzikální pojmy
Kromě těchto klíčových principů pro fyziku horských drah ovlivňují fungování drah i další fyzikální koncepty, které jsou stejně důležité pro bezpečnou a zábavnou jízdu.
- Tlak: Mnoho brzdových systémů horské dráhy je ovládáno tlakem vzduchu a tento tlak musí být dostatečný k zastavení prázdných i naložených vlaků, aniž by došlo ke zranění cestujících nebo k nadměrnému namáhání struktura jízdy.
- Optika: Optické senzory pomáhají počítačovým systémům řídit, kde je jízda a jak funguje.
- Magnetismus: Mnoho high-tech jízd používá elektromagnety buď jako formu pohonu nebo brzdění a magnety musí být přesně načasovány a kalibrovány pro bezpečný provoz.
- Elektřina: Správná elektřina je pro horské dráhy životně důležitá, od skutečného provozu jízdy až po napájení světel, která ji zdobí.
Další vědecké potřeby
Fyzika není jedinou vědou nezbytnou pro hladce fungující vzrušující horskou dráhu. Když je jízda navržena, inženýři a správci parku musí také zvážit:
- Biologie: Jak stres z jízdy ovlivní jezdce, je hlavním faktorem toho, zda je jízda příjemná nebo bolestivá. Velmi špatně navržená jízda může dokonce vést k výpadkům proudu, bolestem hlavy a dalším zraněním.
- Geologie: Moderní ocelové horské dráhy váží stovky tun a důkladné pochopení geologie parku je nezbytné pro umístění dráhy na stabilní, podpůrný povrch. Cedar Point je příkladem parku, který tomu musí věnovat zvláštní pozornost, protože jeho sedmnáct horských drah je umístěno podél břehu jezera a kolem bažinaté laguny.
- Klimatologie: Klima, ve kterém je jízda postavena, může výrazně ovlivnit typy materiálů použitých pro její konstrukci.
- Psychologie: Jak se jízda jmenuje, zdobí a propaguje, vyžaduje podrobné pochopení psychologie, aby přilákala jezdce.
Studium fyziky na horské dráze
Protože existuje tolik vědeckých konceptů používaných k navrhování, stavbě a provozu horské dráhy, mnoho zábavních parků pořádá akce Fyzikálního dne a zvou místní školy, aby otestovaly své znalosti na jízdách v parku. Učitelé fyziky mohou vyžadovat, aby studenti měřili rychlosti, úhly, rychlost, zrychlení a další fakta o horské dráze, aby mohli odpovědět na otázky, zatímco některé parky nabízejí soutěže pro začínající inženýry horských drah, aby navrhli své vlastní jízdy a postavili modely. Může to být zábavná a vzdělávací akce pro studenty fyziky od základních škol až po vysoké školy.
Další zdroj
Chcete se dozvědět více o fyzice horských drah? Vyzkoušejte online horskou dráhu Funderstanding, kde můžete upravit velikosti kopců, vertikální smyčky, třecí a gravitační síly, hmotnosti vlaků a další faktory, abyste viděli fyzikální koncepty v akci.
