안녕하세요. 김계민 과학전문가입니다.
물체의 위치에너지와 운동에너지를 더한 것을 역학적 에너지라고 하는데, 이 역학에너지의 합이 항상 일정하다는 것이 ‘역학에너지 보존의 법칙’이다.
위치에너지가 클 때, 즉 물체가 높은 곳에 있을 때 운동에너지는 작아지고, 위치에너지가 작아지면 운동에너지가 커지면서 물체의 속력이 빨라진다. 일단 열차를 높은 곳에 올려놓아 위치에너지를 극대화시키면, 열차는 정해진 코스를 돌아 점점 아래로 내려오면서 위치에너지는 감소하고, 속도가 점점 빨라져 운동에너지는 증가하면서 속도감을 느끼는 것이다.
실제 롤러코스터를 타는 동안 극대화된 스피드를 느끼는 순간은 열차가 지면에 가까워지는순간이라는 것을 알 수 있다. 롤러코스터가 운행되는 동안, 공기의 저항과 레일과 열차 사이에 마찰이 없다고 가정하면 위치에너지와 운동에너지의 총량은 변하지 않고 일정하게 유지된다.
그런데 롤러코스터가 아래로 떨어질 때는 왜 추락하지 않을까. 그 이유는 지구가 당기는 힘보다 더 큰 힘을 작용해 지표면에 떨어지지 않는 원리를 이용하는 것이다. 그 힘은 바로 원심력이다.
원심력은 원운동을 하고 있는 물체에 나타나는 관성력이다. 구심력과 크기가 같고 방향은 반대이며, 원의 중심에서 멀어지려는 방향으로 작용한다. 롤러코스터에 탈 때, 버스가 커브 길을 돌 때 그 안에 있는 우리는 힘이 작용한다고 느끼지만 실제로 존재하는 힘은 아니다
