Cơ chế vật lý của tàu lượn siêu tốc vừa phức tạp vừa đơn giản, nhưng nếu không có sự ảnh hưởng của ngành khoa học này, những trò chơi giải trí tuyệt vời này sẽ không di chuyển một inch.
Vật lý là gì?
Vật lý là nghiên cứu về vật chất và năng lượng cũng như cách các lực khác nhau từ mỗi lực tương tác và ảnh hưởng lẫn nhau. Từ trọng lực, gia tốc đến ma sát, vật lý là khoa học then chốt đằng sau sự vận hành thành công của tất cả các tàu lượn siêu tốc. Cho dù chuyến đi là một chiếc tàu lượn đơn giản dành cho trẻ em hay một cỗ máy la hét phức tạp, tất cả đều phải tuân theo các nguyên tắc vật lý giống nhau để vận hành an toàn và hiệu quả.
Vật lý của tàu lượn siêu tốc: Các khái niệm chính
Tiền đề vật lý cơ bản nhất ảnh hưởng đến tàu lượn siêu tốc là câu ngạn ngữ "cái gì đi lên thì phải đi xuống". Tuy nhiên, quá trình "đi xuống" bị xoắn thành các vòng, đường cong, ngọn đồi và sự đảo ngược đòi hỏi kiến thức chuyên môn hơn. Các khái niệm vật lý chính của tàu lượn bao gồm:
- Trọng lực: Trọng lực là lực hút mọi vật thể về phía tâm Trái đất và là khái niệm vật lý quan trọng nhất liên quan đến tàu lượn siêu tốc. Về bản chất, khi tàu lượn siêu tốc tách khỏi lực nâng hoặc lực đẩy của xích ban đầu, trọng lực sẽ đảm bảo rằng nó hoàn thành hành trình dọc theo đường ray. Trọng lực cũng được người lái cảm nhận theo cả lực dương và lực âm, dường như đẩy người lái sâu hơn vào chỗ ngồi của họ hoặc kéo họ ra khỏi ghế, một cảm giác thú vị mà nhiều người thích cảm giác mạnh thích thú.
- Năng lượng tiềm năng và Động năng: Hai khái niệm liên quan này chi phối những thay đổi về tốc độ và chiều cao của tàu lượn. Nói một cách đơn giản, một vật ở càng cao so với mặt đất thì nó càng có nhiều thế năng - tức là có khả năng tăng tốc khi rơi. Khi nó rơi xuống đất, thế năng đó biến đổi thành động năng hay năng lượng chuyển động. Tổng của hai loại năng lượng là không đổi, nhưng tàu lượn siêu tốc phải duy trì sự cân bằng đầy đủ giữa thế năng và động năng để mang lại một chuyến đi ly kỳ.
- Gia tốc: Thường bị nhầm lẫn với tốc độ, gia tốc thực chất là sự thay đổi về vận tốc - có thể là sự thay đổi về tốc độ hoặc hướng. Do đó, tàu lượn siêu tốc đang tăng tốc qua các vòng và đường cong ngay cả khi tốc độ của nó không đổi.
- Ma sát: Các công thức và tính toán vật lý phải bao gồm ma sát là yếu tố chính đối với tàu lượn siêu tốc, vì ma sát là lực có thể làm chuyển động chậm lại đáng kể. Sự tiếp xúc giữa tàu và không khí cũng như giữa các bánh xe và đường ray đều tạo ra ma sát khi chuyển động.
Các khái niệm Vật lý bổ sung
Ngoài những nguyên tắc cơ bản về vật lý của tàu lượn siêu tốc, các khái niệm vật lý khác cũng ảnh hưởng đến cách hoạt động của tàu lượn và cũng quan trọng không kém để có một chuyến đi an toàn, vui vẻ.
- Áp suất: Nhiều hệ thống phanh tàu lượn siêu tốc được vận hành bằng áp suất không khí và áp suất đó phải đủ để dừng cả tàu rỗng và tàu chở hàng mà không gây thương tích cho hành khách hoặc gây quá nhiều áp lực lên hành khách. cấu trúc xe.
- Optics: Cảm biến quang học giúp hệ thống máy tính kiểm soát địa điểm và cách thức hoạt động của chuyến đi.
- Magnetism: Nhiều trò chơi công nghệ cao sử dụng nam châm điện dưới dạng lực đẩy hoặc phanh và nam châm phải được tính thời gian và hiệu chỉnh chính xác để vận hành an toàn.
- Điện: Nguồn điện thích hợp rất quan trọng đối với tàu lượn siêu tốc, từ việc thực sự chạy cho đến cấp điện cho đèn trang trí.
Thêm nhu cầu về khoa học
Vật lý không phải là môn khoa học duy nhất cần thiết để tàu lượn siêu tốc vận hành trơn tru và thú vị. Khi thiết kế một trò chơi, các kỹ sư và quan chức công viên cũng phải cân nhắc:
- Sinh học: Mức độ căng thẳng của chuyến đi sẽ ảnh hưởng đến người lái như thế nào là yếu tố chính quyết định chuyến đi thú vị hay đau đớn. Một chuyến đi được thiết kế rất kém thậm chí có thể dẫn đến mất điện, đau đầu và các chấn thương khác.
- Geology: Tàu lượn siêu tốc bằng thép hiện đại nặng hàng trăm tấn và cần có sự hiểu biết sâu sắc về địa chất của công viên để đặt tàu lượn trên bề mặt ổn định, hỗ trợ. Cedar Point là một ví dụ về công viên phải đặc biệt chú ý đến điều này, vì 17 tàu lượn siêu tốc của nó được bố trí dọc theo bờ hồ và xung quanh đầm lầy.
- Climatology: Khí hậu của một chuyến đi có thể ảnh hưởng lớn đến các loại vật liệu được sử dụng để chế tạo nó.
- Psychology: Cách đặt tên, trang trí và quảng bá một chuyến đi đòi hỏi sự hiểu biết chi tiết về tâm lý học để thu hút người lái.
Học Vật lý bằng tàu lượn siêu tốc
Vì có rất nhiều khái niệm khoa học được sử dụng để thiết kế, xây dựng và vận hành tàu lượn siêu tốc nên nhiều công viên giải trí tổ chức các sự kiện Ngày Vật lý và mời các trường học địa phương kiểm tra kiến thức của họ qua các trò chơi trong công viên. Giáo viên vật lý có thể yêu cầu học sinh đo tốc độ, góc, vận tốc, gia tốc và các thông tin khác về tàu lượn siêu tốc để trả lời các câu hỏi, trong khi một số công viên tổ chức các cuộc thi dành cho các kỹ sư tàu lượn siêu tốc có tham vọng thiết kế đường đi và xây dựng mô hình của riêng họ. Đây có thể là một sự kiện thú vị và mang tính giáo dục dành cho học sinh vật lý từ bậc tiểu học đến đại học.
Tài nguyên bổ sung
Bạn muốn tìm hiểu thêm về tính chất vật lý của tàu lượn siêu tốc? Hãy thử Tàu lượn siêu tốc Funder Hiểu trực tuyến, nơi bạn có thể điều chỉnh kích thước của ngọn đồi, đường vòng thẳng đứng, lực ma sát và trọng lực, khối lượng tập luyện và các yếu tố khác để xem các khái niệm vật lý đang hoạt động.
