Чому люди не падають з американських гірок?

Коли мчать зі свистом візки входять в мертву петлю, вони і сидять в них пасажири не падають на землю не тільки через спеціальної конструкції коліс і опущених на плечі людей перекладин безпеки, але і внаслідок дії кілька сил. Інерція штовхає візки в прямолінійному напрямку, в той час як рейки кругової траси притискаються до них так, що візки здаються притягнутими до рейок. Кривизна рейкових шляхів і діюча на візки сила тяжіння об’єднуються для створення так званої центростремительной сили.

Хоча у сидячих у візках людей створюється відчуття, що якась окрема сила тисне на них ззовні, притискаючи їх до сидінь, вони просто відчувають викликану кривизною рейок і силою тяжіння доцентрову силу, яка врівноважує інерцію рухомих візків. Сумарний вплив інерції і доцентровою сили часто називається відцентровою силою. Відцентрової сили насправді не існує, але люди використовують цей термін для стислості пояснення.

Створення імпульсу

Для проходження через мертву петлю візок повинен мати достатній імпульс (кількість руху) – твір її маси на швидкість. Якщо імпульс недостатній, відцентрова сила не подолає силу тяжіння і візок впаде вниз. Однак, якщо стартова гірка досить висока і крута, вагончики матимуть достатній імпульс для успішного проходження мертвої петлі.

Три сили

У верхній точці мертвої петлі на людину у візку діє кілька сил. Перша – це сила тяжіння, тягнучий людини вниз. Друга – це тиск сидіння, що штовхає людини у бік центру кола. Третя – це комбінація інерції і доцентровою сили, яка як би тягне людини вгору.

Потенційна і кінетична енергія

Візки, початківці спускатися з гірки, мають високу потенційну енергію {показана блакитним кольором) і маленьку кінетичну {показана червоним кольором).
У міру збільшення швидкості під час спуску, візки перетворюють свою потенційну енергію в кінетичну.
У нижній частині траси майже вся потенційна енергія {блакитний колір) перетворюється в кінетичну {червоний колір).

Посилання на основну публікацію