롤러코스터의 과학적 원리가 궁금합니다.

Question

놀이동산에서 가장 인기있는 롤러코스터를 보면 어떻게 떨어지지 않고 정해진 길로 빠르게 움직이고 속도도 어떻게 조절을 하는지 과학적 원리가 궁금해요

Answer 1

안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.

기본적으로 놀이기구 자체에는 선로 이탈을 방지하기 위한 안전장치가 구비 되어 있습니다.

또한 높은 곳에서 내려올 때, 회전할 때 떨어지지 않는 등의 여러 가지 운동에너지 법칙이 숨겨져 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.

일반적으로 롤러코스터는 레일에서 이탈하지 못하게 하는 장치와 브레이크를 가지고 있으며

위치에너지를 운동에너지로 전환하는 원리로 작동하게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 롤러코스 터는 다른 말로 하면 궤도열차라고도 불립니다. 지상에서 공중까지 지지대를 설치하고, 지지대 사이사이에 레일을 연결하여 그 레일 위를 달리는 열차가 바로 궤도열차, 롤러코스터 입니다. 이런 열차를 일정 높이까지 끌어올리고 그럼 위치에너지가 되고 이 열차가 떨어지면서 운동에너지로 바꿔서 열차가 움직이는 것입니다. 레일을 타고 움직이기때문에 레일에서 벗아니지 않고 또한 360도 회전을 해도 구심력과 원심력의 힘이 평형을 이루기 때문입니다. 아래나 밖으로 떨어지지 않습니다.

Answer 4

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

롤러코스터는 과학적으로 이야기하자면 높은 곳에서 낮은 곳으로 물체가 이동하면서, 즉 그 위치에너지가 운동에너지로 바뀌면서 물체가 움직이며, 거꾸로 되어있어도 떨어지지 않고 원운동하는 원리를 이용한 것입니다. 하늘을 향해 공을 던졌을 때 최고점에서의 공은 그 높은 위치만큼 위치에 따른 에너지를 가지고 있다고 볼 수 있으며 반대로 운동에너지는 제로의 상태라고 볼 수 있습니다. 다시 공이 떨어질 때를 생각하면 높이가 낮아짐에 따라 위치에너지는 점점 감소하면서 떨어지는 속도가 빨라져 운동에너지는 증가하게 됩니다. 이는 구심력과 원심력이 작용하기 때문입니다. 즉 실이 매어져 회전하고 있는 물체는 원의 중심점에 구심력이라는 힘이 작용합니다. 또 이와 반대되는 힘으로 물체가 바깥쪽으로 튀어나가려고 하는 원심력이 작용하는데 이 두 힘은 평행을 이룹니다.
롤러코스터에 탑승하고 있는 사람도 궤도 열차의 회전에 의해 회전하는 원바깥으로 밀려나는 힘을 받는데 이 힘이 거꾸로 된 상태에서도 밑으로 떨어지지 않게 해주는 것입니다. 이때 열차의 속도는 계산에 의해 규정된 속도이어야 하며 너무 늦게 돌면 떨어지게 되고, 또 빠르면 타고 있는 사람이 바깥쪽으로 향하는 힘이 너무 세 큰 중력을 받게 됩니다.

Answer 5

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

롤러코스터는 크게 중력과 원심력의 원리를 이용하여 작동합니다.

중력은 롤러코스터가 아래로 떨어지게 하는 힘입니다. 롤러코스터는 높은 곳에서 출발하여 중력을 이용하여 속도를 내어 아래로 떨어집니다. 원심력은 롤러코스터가 곡선 구간을 돌 때 작용하는 힘입니다. 롤러코스터가 곡선 구간을 돌 때, 탑승객은 원심력에 의해 바깥쪽으로 밀려납니다. 이때 탑승객은 바깥쪽으로 밀려나가지 않기 위해 몸을 안쪽으로 기울입니다. 이때 탑승객의 몸과 롤러코스터의 차체 사이에 마찰력이 발생하여 탑승객이 떨어지지 않고 롤러코스터에 붙어 있게 됩니다. 롤러코스터의 속도는 브레이크를 이용하여 조절합니다. 롤러코스터에는 여러 곳에 브레이크가 설치되어 있으며, 롤러코스터의 속도를 조절하기 위해 필요에 따라 브레이크를 작동시킵니다