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놀이기구에서 중력을 극대화하기 위해 어떤 설계와 공학적인 요소가 사용되나요?

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 높이 올라갔다가 순식간에 떨어지는 자이로드롭 타보셨나요? 자이로드롭은 높이 70m까지 끌어올린 다음 시속 90km의 속도로 자유낙하를 하여 무중력 상태를 느낄 수 있는 놀이기구 인데요. 앉아 있는 사람은 잠시 공중에 몸이 붕 뜬 것 같은 상태를 느낄 수 있죠. 지상에서 25층 높이로 사람들을 끌어올렸다가 88㎞/h 속도로, 2.5초 만에 떨어뜨리는 자이로 드롭. 과연 이 거대한 힘은 어디서 나오는 것일까요? 그것은 바로 자기장의 힘입니다.자기장은 우리가 가지고 놀던 자석의 N극과 S극을 이용한 힘 이라고 생각하면 되는데, 우리가 과학시간에 사용했던 자석은 그 힘이 매우 적지만, 자이로드롭에 사용되는 자기장은 영구자석의 ‘와전류 방식’이용한 것이라서 그 힘이 강 합니다.영구자석의 '와전류 방식'이란 자석의 N극과 S극 사이에 전류가 통하는 금속을 넣으면 순간적으로 전류가 흐르면서 금속이 자석의 성질을 띄게 되는데. 이때 발생하는 금속의 자기장은 자석의 자기장과 서로 밀어내려는 성질, 즉 반발력을 갖습니다. 그 강한 반발력에 의해 자이로드롭은 순간적으로 멈추게 되는 것입니다. 또한 자이로드롭을 탈 때 우리가 경험하는 느낌은 내려올 때 다리가 들리게 되면서 땅으로 꺼지는 듯 한 기분이 드는데요. 자이로드롭을 타면 내려올 때 다리가 들리는 느낌은 다리 아래쪽에 생긴 고기압 때문입니다. 탑승의자가 고속으로 떨어지게 되면 의자 밑의 공기가 밖으로 밀리면서 탑승자들의 다리 밑은 순간적으로 고기압 상태가 됩니다. 고기압은 저기압으로 흐르는 성질이 있어 공기는 아래에서 위로 흐르게 되고, 이 때 탑승자들의 다리는 들어 올려 지게 되는 것입니다. 멈출 때 땅으로 꺼지는 느낌이 드는 이유는 탑승의자가 가지는 가속도 때문입니다. 탑승의자의 가속도(평균 17m/sec2)는 우리가 일반적으로 느끼는 중력가속도(9.8m/sec2) 보다 커 평소보다 중력을 크게 느끼기 때문입니다. 이렇게 자이로드롭에는 자기장, 가속도의 원리 등이 포함되어 있습니다.출처 : 교육부공식블로그 - 과학이 만들어낸 아찔한 놀이기구의 스릴

학문 / 기계공학

23.09.03

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