La physique des montagnes russes est à la fois complexe et simple, mais sans l'influence de cette branche de la science, ces incroyables manèges ne bougeraient pas d'un pouce.
Qu'est-ce que la physique ?
La physique est l'étude de la matière et de l'énergie et de la manière dont les différentes forces de chacune interagissent et s'influencent mutuellement. De la gravité à l’accélération en passant par la friction, la physique est la science clé du bon fonctionnement de toutes les montagnes russes. Qu'il s'agisse d'un simple manège pour enfants ou d'une machine à cris élaborée, ils doivent tous suivre les mêmes principes physiques pour un fonctionnement sûr et efficace.
Physique des montagnes russes: concepts clés
Le principe physique le plus fondamental qui affecte les montagnes russes est l'adage « ce qui monte doit redescendre ». Le processus par lequel cette « descente » se transforme en boucles, courbes, collines et inversions nécessite cependant des connaissances plus spécialisées. Les concepts clés de la physique des montagnes russes incluent:
- Gravitation: La gravité est la force qui attire tous les objets vers le centre de la Terre et constitue le concept physique le plus important lié aux montagnes russes. Essentiellement, une fois qu’une montagne russe se désengage de la force initiale de levage ou de propulsion de la chaîne, la gravité garantit qu’elle termine son parcours le long de la piste. La gravité est également ressentie par les cyclistes en termes de forces à la fois positives et négatives qui semblent les pousser plus profondément dans leur siège ou les tirer hors de leur siège, une sensation excitante que de nombreux amateurs de sensations fortes apprécient.
- Énergie potentielle et énergie cinétique: Ces deux concepts liés régissent les changements de vitesse et de hauteur d'une montagne russe. En termes simples, plus un objet est élevé au-dessus du sol, plus il possède d'énergie potentielle, c'est-à-dire la possibilité de gagner en vitesse lorsqu'il tombe. Lorsqu’elle tombe vers le sol, cette énergie potentielle se transforme en énergie cinétique ou énergie de mouvement. La somme des deux types d'énergie est constante, mais une montagne russe doit maintenir un équilibre adéquat entre les énergies potentielles et cinétiques pour offrir une expérience passionnante.
- Accélération: Fréquemment confondue avec la vitesse, l'accélération est en fait un changement de vitesse - qui peut être un changement de vitesse ou de direction. Par conséquent, une montagne russe accélère dans des boucles et des courbes même si sa vitesse reste constante.
- Friction: Les formules et calculs de physique doivent inclure la friction comme facteur clé pour les montagnes russes, car la friction est une force qui peut ralentir considérablement un trajet. Le contact entre le train et l'air et entre les roues et la voie impose une friction sur le trajet.
Concepts de physique supplémentaires
En plus de ces principes clés pour la physique des montagnes russes, d'autres concepts physiques affectent également le fonctionnement des montagnes russes et sont tout aussi essentiels pour une balade sûre et amusante.
- Pression: De nombreux systèmes de freinage de montagnes russes fonctionnent par pression atmosphérique, et cette pression doit être suffisante pour arrêter les trains vides et chargés sans blesser les passagers ni exercer trop de pression sur les passagers. la structure du manège.
- Optique: Les capteurs optiques aident les systèmes informatiques à contrôler où se trouve le trajet et comment il fonctionne.
- Magnétisme: De nombreux manèges de haute technologie utilisent des électro-aimants comme forme de propulsion ou de freinage, et les aimants doivent être chronométrés et calibrés avec précision pour un fonctionnement en toute sécurité.
- Électricité: Une bonne électricité est vitale pour les montagnes russes, depuis le fonctionnement du trajet jusqu'à l'alimentation des lumières qui le décorent.
Plus de nécessités scientifiques
La physique n'est pas la seule science nécessaire au fonctionnement fluide et passionnant de montagnes russes. Lorsqu'un manège est conçu, les ingénieurs et les responsables du parc doivent également prendre en compte:
- Biologie: La façon dont le stress de la balade affectera les cyclistes est un facteur majeur pour savoir si la balade est agréable ou douloureuse. Un manège très mal conçu peut même entraîner des évanouissements, des maux de tête et d'autres blessures.
- Géologie: Les montagnes russes en acier modernes pèsent des centaines de tonnes, et une compréhension approfondie de la géologie du parc est nécessaire pour positionner les montagnes russes sur une surface stable et favorable. Cedar Point est un exemple de parc auquel il faut prêter une attention particulière, puisque ses dix-sept montagnes russes sont positionnées au bord d'un lac et autour d'un lagon marécageux.
- Climatologie: Le climat dans lequel un manège est construit peut grandement affecter les types de matériaux utilisés pour sa construction.
- Psychologie: La façon dont un manège est nommé, décoré et promu nécessite une compréhension détaillée de la psychologie pour attirer les coureurs.
Étudier la physique avec les montagnes russes
Parce qu'il existe de nombreux concepts scientifiques utilisés pour concevoir, construire et exploiter des montagnes russes, de nombreux parcs d'attractions organisent des événements de la Journée de la physique et invitent les écoles locales à tester leurs connaissances par rapport aux manèges du parc. Les professeurs de physique peuvent demander aux élèves de mesurer les vitesses, les angles, la vitesse, l'accélération et d'autres faits sur les montagnes russes afin de répondre aux questions, tandis que certains parcs proposent des concours permettant aux futurs ingénieurs de montagnes russes de concevoir leurs propres manèges et de construire des modèles. Cela peut être un événement amusant et éducatif pour les étudiants en physique, de l'école primaire au niveau collégial.
Ressource supplémentaire
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