Roller coaster mungkin merupakan mesin sensasi yang memicu muntah dan air mata, tetapi mereka juga merupakan contoh menarik dari fisika kompleks yang sedang bekerja.

Mendapatkan serangkaian mobil melalui simpul jatuh, membalik, berguling, dan meluncurkan membutuhkan tim insinyur mekanik yang menganalisis konsep-konsep seperti gaya, akselerasi, dan energi. Untuk mendapatkan gambaran ilmiah di balik wahana favorit kami, kami berbicara dengan Jeffrey Rhoads, seorang profesor di Sekolah Teknik Mesin Purdue dan pencipta kelas dinamika roller coaster universitas.

Menyelesaikan Sirkuit

Mari kita mulai dengan dasar-dasarnya. Roller coaster, seperti yang lainnya, harus mematuhi hukum kekekalan energi, artinya kereta api hanya dapat melaju secepat dan sejauh jumlah energi yang tersimpan (potensial) memungkinkan.

Energi potensial biasanya berasal dari mengangkat kereta ke atas bukit dengan rantai atau kabel. Saat kereta api berjalan menuruni bukit, energi potensial berubah menjadi energi bergerak (kinetik); semakin cepat kereta berjalan, semakin banyak energi kinetik yang dimilikinya.

Energi kinetik berubah kembali menjadi energi potensial saat mobil menaiki bukit berikutnya. Karena mobil harus kehilangan beberapa energi melalui gaya seperti gesekan dan hambatan udara, titik tertinggi pada coaster tradisional (pikirkan: Six Flags Magic Mountain's goliat atau Colossus bengkok rides) hampir selalu merupakan bukit pertama. Jika ada penurunan besar lainnya yang lebih tinggi dari yang pertama, perancang menambahkan lebih banyak lift (pikirkan: penurunan besar di ujung Splash Mountain Disney).

Beberapa tatakan gelas turun lebih dari 90 derajat, melengkung ke dalam di puncak bukit angkat, seperti di Valravn di Cedar Point. Fisika yang dimainkan sama, tetapi Rhoads mengatakan tetesan ini dapat menawarkan perasaan tanpa bobot yang lebih akut.

Tatakan gelas lainnya, seperti Kingda Ka dari Six Flags Great Adventure atau Top Thrill Dragster Cedar Point, menyimpan energinya di peluncur, pendorong pinball bertenaga cairan atau udara, atau di elektromagnet yang terpasang di trek dan mobil. Peluncuran coaster tidak memerlukan bukit angkat raksasa (yang menghemat banyak ruang), dan menawarkan jenis sensasi antisipatif yang berbeda. Taman besar menginginkan berbagai pengalaman pengendara dan meluncurkan tatakan gelas adalah cara yang bagus untuk mengubah suasana, kata Rhoads.

Loop, Flips dan Turns

Insinyur menghasilkan sensasi melalui akselerasi — pada dasarnya mengubah kecepatan pengendara dengan cara yang sangat direkayasa dan tidak wajar. Insinyur coaster meminta hukum gerak Newton untuk membuat pengendara merasakan kombinasi gaya gravitasi dan akselerasi, yang menghasilkan sensasi tubuh yang menarik dan tidak biasa. Putaran, pembuka botol, dan belokan yang kencang memaksa pengendara. tubuh secara vertikal dan horizontal dengan cara yang diperhitungkan.

Pernah bertanya-tanya mengapa loop berbentuk tetesan air mata, bukan melingkar? Tantangannya adalah merancang transisi masuk dan keluar dari lingkaran,' kata Rhoads. 'Anda perlu memastikan bahwa Anda tidak menyebabkan brengsek, atau perubahan akselerasi yang dapat menyebabkan whiplash. Apa pun yang bergerak dalam gerakan melingkar mengalami jenis percepatan lain yang disebut percepatan sentripetal, yang meningkat semakin cepat mobil melaju, atau semakin kecil lingkarannya. Lingkaran melingkar akan menyebabkan sentakan dari penambahan percepatan sentripetal yang tiba-tiba. Bentuk tetesan air mata mengontrol akselerasi itu, memudahkan pengendara melewati loop dan mencegah sentakan.

Dan kemudian ada gulungan, yang dapat membingungkan pengendara dalam beberapa cara. Putaran sebaris adalah gulungan yang memutar kereta di sekitar lintasan, tetapi gulungan garis hati mencoba memutar pengendara di sekitar dada mereka. Colossus di Thorpe Park (di atas) adalah contoh terbaik dari roll garis jantung di tempat kerja—perjalanan 90 detik menawarkan 10 inversi, termasuk empat putaran garis hati berturut-turut. Kami akan melihat lebih banyak [coaster dengan] beberapa gulungan dalam seri satu demi satu, kata Rhoads, karena itu menciptakan disorientasi yang luar biasa.

Kayu Versus Baja

Tatakan gelas kayu tidak dapat menampung putaran dengan baik, sehingga sering kali tidak terlalu membingungkan dibandingkan dengan tatakan gelas baja. Jadi mengapa beberapa pengendara lebih memilih mereka? Orang-orang... seperti antisipasi, kerewelan mereka yang sedikit menguatkan mereka. Mereka ingin merasa seperti struktur bergerak di bawah mereka, kata Rhoads. Tatakan gelas baja hampir kebalikannya. Ini seperti mengendarai kendaraan antik versus mengendarai mobil sport terbaru.

Tatakan gelas kayu cenderung tidak memiliki lilitan atau gulungan, karena akan memakan terlalu banyak kayu untuk menopang kekuatan kereta roller coaster yang berat. Hades 360 di Mt. Olympus di Wisconsin mendukung gulungan di trek kayu dengan perancah baja.

Coaster Generasi Selanjutnya

Hanya ada begitu banyak cara Anda dapat melemparkan orang-orang ke dalam gerobak kecil dengan mengirim mereka ke atas, ke bawah, dan ke bawah. Beberapa pembuat kendaraan membuat kompartemen yang berguling secara independen dari mobil, memutar sumbu tegak lurus ke trek, yang menambahkan lebih banyak jungkiran tanpa perlu lebih banyak putaran. Anda benar-benar dapat melihat ini di The Joker di Six Flag's Great Adventure (di bawah).

Pengalaman roller coaster lebih dari sekadar jumlah akselerasi mereka. Pembangun lain menambahkan lampu, asap, mengirim tatakan gelas ke bawah tanah, dan menambahkan helikopter kepala dan kaki, palang dekat-tapi-tidak-terlalu-dekat yang memberikan elemen ekstra sensasi dan/atau teror. Itu lintasan yang akan kita ikuti untuk sementara waktu, kata Rhoads. Lebih besar dan lebih cepat tidak mungkin lebih lama lagi.