놀이동산의 청룡열차의 과학적 원리는?

Question

청룡열차는 어떤과학적 원리로 사람을 태우고 이리저리 쉬젓고 다니는 건가요 나이에게 설명을 해주고 싶은데 쉽지 않네요 조언 부탁 드립니다!

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

청룡열차는 원심력이라는 과학적 원리를 이용하여 사람을 태우고 이리저리 쉬젓고 다닙니다. 원심력은 물체가 원운동을 할 때, 물체의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘입니다.

청룡열차의 경우, 모터의 동력을 통해 열차가 원운동을 하게 됩니다. 열차가 원운동을 하게 되면, 열차에 탄 사람은 원심력에 의해 바깥쪽으로 밀려나려는 힘을 받게 됩니다. 이 힘이 열차에 탄 사람을 공중에 띄우는 역할을 합니다. 따라서, 청룡열차는 원심력을 이용하여 열차에 탄 사람을 공중에 띄우고, 열차를 원운동시키는 놀이기구라고 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.

우선 전기에너지를 이용하여 바퀴를 구르게 만들어 이동을 하게 됩니다.

특정 구간에서는 에너지 없이 이동이 가능하게 되는데 회전하는 구간에서는 원심력을 이용하여 반대 방향으로 떨어지지 않게 하며, 높은 곳에서 떨어질 때는 중력에 의하여 가속도가 붙어 내려가게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 박준희 과학전문가입니다.

2가지정도를 알수 있겠네요.

1. 역학에너지 보존 : 동력없이 높은곳으로 올라가 위치에너지를 운동에너지로 전환시켜 빠른 속력으로 청룡열차가 달릴 수 있습니다.

2. 원운동과 관성력 : 수직으로 원운동을 하게되면 거꾸로 매달렸을 때 떨어져야 하지만, 원운동과정에서 생기는 관성력(=원심력)에 의해 거꾸로 매달린 사람들은 떨어지지 않고 안전하게 회전을 하게 됩니다.

감사합니다.

Answer 4

안녕하세요. 김효진 과학전문가입니다.

처음 오를 때에는 전기에너지, 그리고 정상에서 하강시 위치에너지가 운동에너지로 전환됩니다. 거꾸로 회전할 때에는 구심력과 윈심력을 이용합니다.

Answer 5

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 청룡열차는 위치에너지를 운동에너지로 바꾸면서 움직이는 것입니다. 그래서 처음 청룡열차를 타면 기계의 힘으로 높은곳으로 청룡열차를 끌어 올리고 최대 높이에 도달하면 자유낙하를 통해서 위치에너지를 운동에너지로 바뀌면서 앞으로 빠르게 나아가면서 움직이는 것입니다. 또한 한바퀴 돌아도 사람이 떨어지지 않는 이유는 원심력에 의해서 원밖으로 나가려는 힘을 청룡열차가 막아주면서 밑으로 떨어지지 않는 것입니다.

Answer 6

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

청룡열차가 360도 회전을 할 때 만들어지는 '원심력'과 '구심력' 때문이다. 놀이동산에서 난감한 질문에 놓인 부모들을 위해 준비했다. 아이들이 과학에 호기심을 갖고 미래의 과학자를 꿈꾸게 되는 것은 '덤'으로 얻는 소득이다.

놀이동산의 상징과도 같은 청룡열차는 처음 언덕을 오를 때까지만 전기 동력이 필요하다. 빠른 속도로 떨어지는 순간부터는 모든 것이 '위치에너지'와 '운동에너지' 사이의 변환으로만 움직인다.

높은 곳에 있는 물은 위치에너지를 갖고 있다. 언제든 떨어지기만 하면 '에너지'로 사용할 수 있는 셈이다. 댐에 가둬둔 물이 아래로 떨어지면서 전기터빈을 돌리는 것은 위치에너지가 운동에너지로 바뀌는 것을 활용한 것이다. 물레방아가 도는 것도 같은 원리다. 박동혁 인하대 유기응용재료공학과 교수는 "위치에너지는 사라지지 않고 운동에너지로 전환된다"며 "청룡열차에서도 모든 에너지는 보존된다는 '에너지 보존법칙'이 성립된다"고 말했다.

Answer 7

안녕하세요. 장준원 과학전문가입니다.

청룡열차는 과학적 원리가 접목되면서 사람이 밖으로 이탈하지 않고 즐길 수 있게 됐는데요. 처음 청룡열차가 내려가기 전에 높은 곳으로 올라가게 되는데요. 이 때는 단순 기계적으로 높은 곳으로 올리게 됩니다. 높 은 곳에서 떨어지는 순간 위치에너지가 자연스럽게 운동에너지로 변환되게 되는데 이는 에너지 보존법칙이 되겠습니다.

그렇게 빠르게 내려가면서 360도 회전하게 되는데 이 때 사람이 의자에서부터 이탈하지 않는 이유는 구심력과 원심력이 평형을 이루기 때문인데요. 여기서 말하는 구심력은 쉽게 말해 사람을 떨어트리려는 힘과 원심력은 사람을 의자에 강하게 붙게 하는 힘이 되겠습니다. 이처럼 놀이기구는 정확한 계산하에 설계하지 않으면 위험하기 때문에 많은 과학적 원리가 접목되었다고 생각하시면 되겠습니다.