إن فيزياء الأفعوانيات معقدة وبسيطة في نفس الوقت، ولكن بدون تأثير هذا الفرع من العلوم، فإن هذه الألعاب الترفيهية المذهلة لن تتحرك قيد أنملة.
ما هي الفيزياء؟
الفيزياء هي دراسة المادة والطاقة وكيف تتفاعل القوى المختلفة من كل منهما مع بعضها البعض وتؤثر على بعضها البعض. من الجاذبية إلى التسارع إلى الاحتكاك، تعتبر الفيزياء العلم الأساسي وراء التشغيل الناجح لجميع الأفعوانيات. سواء كانت الرحلة عبارة عن أفعوانية أطفال بسيطة أو آلة صراخ متقنة، فيجب عليهم جميعًا اتباع نفس المبادئ الفيزيائية للتشغيل الآمن والفعال.
فيزياء الأفعوانية: المفاهيم الأساسية
إن الفرضية الفيزيائية الأساسية التي تؤثر على الأفعوانيات هي القول المأثور "ما يرتفع يجب أن ينزل". ومع ذلك، فإن عملية تحويل "النزول" إلى حلقات، ومنحنيات، وتلال، وانعكاسات، تتطلب معرفة أكثر تخصصًا. تشمل المفاهيم الفيزيائية الرئيسية للأفعوانية ما يلي:
- الجاذبية: الجاذبية هي القوة التي تجذب جميع الأجسام نحو مركز الأرض وهي أهم مفهوم فيزيائي يتعلق بالأفعوانيات. في جوهر الأمر، بمجرد أن تنفصل السفينة الدوارة عن قوة الرفع أو الدفع الأولية، تضمن الجاذبية إكمال مسارها على طول المسار. يشعر الدراجون أيضًا بالجاذبية من حيث القوى الإيجابية والسلبية التي يبدو أنها تدفع الدراجين إلى عمق مقاعدهم أو تسحبهم منها، وهو إحساس مثير يستمتع به العديد من الباحثين عن الإثارة.
- الطاقة الكامنة والطاقة الحركية: يتحكم هذان المفهومان المرتبطان بالتغيرات في سرعة السفينة وارتفاعها.ببساطة، كلما ارتفع الجسم عن الأرض، زادت الطاقة الكامنة لديه - أي القدرة على اكتساب السرعة أثناء سقوطه. وعندما يسقط نحو الأرض، تتغير طاقة الوضع إلى طاقة حركية، أو طاقة الحركة. مجموع هذين النوعين من الطاقة ثابت، ولكن يجب أن تحافظ السفينة الدوارة على توازن مناسب بين الطاقات الكامنة والحركية لتقديم رحلة مثيرة.
- Acceleration: كثيرًا ما يتم الخلط بينه وبين السرعة، فالتسارع هو في الواقع تغير في السرعة - والذي يمكن أن يكون تغيرًا إما في السرعة أو الاتجاه. ولذلك، فإن السفينة الدوارة تتسارع عبر الحلقات والمنحنيات حتى لو ظلت سرعتها ثابتة.
- الاحتكاك: يجب أن تتضمن الصيغ والحسابات الفيزيائية الاحتكاك كعامل رئيسي في الأفعوانيات، لأن الاحتكاك هو قوة يمكن أن تبطئ الرحلة بشكل كبير. الاتصال بين القطار والهواء وبين العجلات والمسار كلها عوامل تفرض الاحتكاك على الرحلة.
مفاهيم فيزيائية إضافية
بالإضافة إلى هذه المبادئ الأساسية لفيزياء الأفعوانيات، تؤثر مفاهيم فيزيائية أخرى أيضًا على كيفية عمل الأفعوانيات وهي بنفس القدر من الأهمية لركوب آمن وممتع.
- الضغط: يتم تشغيل العديد من أنظمة مكابح الأفعوانية عن طريق ضغط الهواء، ويجب أن يكون هذا الضغط كافيًا لإيقاف القطارات الفارغة والمحملة دون إصابة الركاب أو ممارسة الكثير من الضغط على القطارات هيكل الركوب.
- Optics: تساعد أجهزة الاستشعار البصرية أنظمة الكمبيوتر في التحكم في مكان الركوب وكيفية تشغيله.
- المغناطيسية: تستخدم العديد من الرحلات ذات التقنية العالية المغناطيسات الكهربائية إما كشكل من أشكال الدفع أو الكبح، ويجب ضبط توقيت المغناطيس ومعايرته بدقة من أجل التشغيل الآمن.
- الكهرباء: الكهرباء المناسبة أمر حيوي للأفعوانيات، بدءًا من تشغيل الرحلة فعليًا وحتى تشغيل الأضواء التي تزينها.
المزيد من الضروريات العلمية
الفيزياء ليست العلم الوحيد الضروري لتشغيل أفعوانية مثيرة بسلاسة. عند تصميم الرحلة، يجب على المهندسين ومسؤولي المنتزه أيضًا مراعاة ما يلي:
- علم الأحياء: إن كيفية تأثير ضغوط الرحلة على الدراجين هو عامل رئيسي في ما إذا كانت الرحلة ممتعة أم مؤلمة أم لا. يمكن أن تؤدي الرحلة ذات التصميم السيئ للغاية إلى فقدان الوعي والصداع وإصابات أخرى.
- جيولوجيا: الأفعوانيات الفولاذية الحديثة تزن مئات الأطنان، ومن الضروري الفهم العميق لجيولوجيا المنتزه لوضع السفينة على سطح مستقر وداعم. يعد Cedar Point مثالاً على المنتزه الذي يجب أن يولي اهتمامًا خاصًا لهذا الأمر، حيث تقع أفعوانياته السبعة عشر على طول شاطئ البحيرة وحول بحيرة مستنقعات.
- علم المناخ: يمكن أن يؤثر المناخ الذي يتم بناء السيارة فيه بشكل كبير على أنواع المواد المستخدمة في بنائها.
- علم النفس: تتطلب كيفية تسمية الرحلة وتزيينها والترويج لها فهمًا تفصيليًا لعلم النفس لجذب الركاب.
دراسة الفيزياء بالأفعوانيات
نظرًا لوجود العديد من المفاهيم العلمية المستخدمة في تصميم وبناء وتشغيل الأفعوانية، تستضيف العديد من المتنزهات فعاليات يوم الفيزياء وتدعو المدارس المحلية لاختبار معرفتهم بألعاب المتنزه. قد يطلب مدرسو الفيزياء من الطلاب قياس السرعات والزوايا والسرعة والتسارع وغيرها من حقائق الأفعوانية من أجل الإجابة على الأسئلة، في حين تقدم بعض المتنزهات مسابقات لمهندسي الأفعوانية الطموحين لتصميم جولاتهم الخاصة وبناء النماذج. يمكن أن يكون هذا حدثًا ممتعًا وتعليميًا لطلاب الفيزياء من المدرسة الابتدائية إلى المرحلة الجامعية.
موارد إضافية
هل أنت مهتم بمعرفة المزيد عن فيزياء الأفعوانيات؟ جرّب لعبة Funderstanding Roller Coaster عبر الإنترنت، حيث يمكنك ضبط أحجام التلال والحلقات الرأسية وقوى الاحتكاك والجاذبية وتدريب الكتل وعوامل أخرى لرؤية المفاهيم الفيزيائية أثناء العمل.