特定の一連の感覚を感じさせる力が加速度であり、この加速度 (より正確には求心加速度として知られている) を利用するジェット コースターのセクションがクロソイド ループです。クロソイド ループは、涙のしずくの幾何学的形状を想定しています。クロソイドは、半径が絶えず変化するらせんの一部です。
遊園地は老若男女が楽しめる憩いの場ですが、子供から大人まで夢中になるものといえばジェットコースター！個人的には、ジェット コースターがこれほどまでに多くの人に興奮をもたらし、他の人々に恐ろしい恐怖を与えるのは一体何なのだろうかと考えさせられます。これらの激しい感情の理由は、経験するスピードによるものではなく、ライダーに影響を与える力と無重力感によるものです。ジェット コースター ループの物理学を見て、強力な力と無重力の概念をどのように経験するかを理解しましょう。
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ループの物理
特定の一連の感覚を感じさせる主な力は加速度であり、この加速度 (より正確には求心加速度として知られている) を利用するジェット コースターのセクションは、クロソイド ループです。 .クロソイド ループは、涙のしずくの幾何学的形状を想定しています。クロソイドは、半径が絶えず変化するらせんの一部です。一定の半径を持つ円形ループとは異なり、クロソイド ループはループの上部よりも下部の半径が大きくなります。クロソイド ループの想像を容易にするために、同じ半径の 2 つの円が重なり合ってクロソイドのベースを形成し、小さい円がクロソイドの上部で半径を形成することを想像してみましょう。
ジェット コースターのカートがクロソイド ループを通過すると、方向の一定の変化と速度の一定の変化という 2 つの主な要因に基づいて加速度が発生します。右に動くジェットコースターカーが、徐々に上に動くジェットコースターカー、左に動くジェットコースターカー、そして下に動くジェットコースターカーになります。つまり、ジェット コースターの車がクロソイド ループを通過する際に、方向が連続的に変化します。ジェット コースターの車がループを登り始めると、減速し始めます。高さが増加すると、位置エネルギーが増加し、その結果、運動エネルギーと速度が減少します。逆に、高さが減少すると運動エネルギーと速度が増加するため、ジェット コースターの車は、ループに入る時とループから出る時の両方で、ループの下部で最高速度を経験し、ループの上部で最低速度を経験します。
ループの力分析
オブジェクトが閉じた曲線の経路を移動するときは常に、正味の内向きの加速度が発生し、その結果、正味の内向きの力がオブジェクトに発生します。ジェット コースターで人が経験する力の分析に進む前に、ジェット コースターの車には摩擦や空気抵抗がないと仮定します。このことを念頭に置いて、ジェット コースターの車には次の 2 つの力が作用します:FORCE OF GRAVITY (FGRAV ) と ノーマル フォース (FNORMAL ）。通常の力はトラックの方向に向けられますが、重力は常に下向きに向けられます。ループの下部では、トラックが垂直方向の力で車を押し上げます。ただし、ループの上部では、法線力が下向きになります。トラック (法線力の供給元) は車の上にあるため、車を下に押します。これら 2 つの位置の自由体図は、右側の図に示されています。
ジェット コースターの車 (または乗客) に作用する力の大きさは、FGRAV=m.g, という式を使用して計算できます。 ここで、重力による加速度を g (g=9.8 m/s2) で表します。法線力の大きさは、車の速度、ループの半径、ライダーの質量の 3 つの要因によって決まります。自由体ダイアグラムに示されているように、FNORMAL の大きさは、ループの上部よりも下部の方が常に大きくなります。 FGRAV と結合するには、法線力は常に適切なサイズでなければなりません 必要な内向きまたは向心正味の力を生み出すような方法で。ループの下部では、Fgrav はループの中心から離れて外側を指しています。この FGRAVを克服するには、法線力が十分に大きくなければなりません 余分な力を加えて、正味の内向きの力を発生させます。ある意味、FGRAV と FNORMAL FNORMAL で綱引きをしている 正味の力に等しい量で勝つ必要があります。ループの先頭では、両方の FGRAV と FNORMAL 内側に向けられています。 FGRAV 通常の方法で見つけられます (式 FGRAV を使用) =m*g)。もう一度 FNORMAL 必要な内向きまたは求心力を生成するのに十分な力を提供する必要があります。
無重力感
ジェット コースターに乗ってループを移動する場合、ループの上部では小さな垂直力が発生し、ループの下部ではかなりの垂直力が発生する可能性があります。法線力は、人の体重の感覚を提供します。体重が増えるほど、座席に座っているときに感じる通常の力が大きくなります。しかし、ジェット コースターに乗ってクロソイド ループを加速すると、絶えず変化する、慣れていない通常の力を感じるでしょう。
この法線の力は、無重力または重さの感覚を提供します。ループの頂点で、法線の力が人の体重よりも小さくなると、人は部分的に無重力に感じます。ループの最下部では、法線の力が増加するため、ライダーは非常に重く感じます。重力と体重は変化していないことを理解することが重要です。通常の支持力の大きさだけが常に変化しています。
これらすべての情報を念頭に置いておけば、次にジェット コースターに乗るときに、なぜそれが恍惚なのか怖がっているのか、特定の方法で感じる理由がわかります。または単に吐き気!
