롤러코스터가 떨어지지 않는 이유는?

Question

롤러코스터를 타면 레일과 함께 뒤집어지는(?) 구간이 있는데요. 중력의 영향을 받지 않는 것처럼 뒤집어져도 떨어지지 않는 이유가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.

롤러코스터가 떨어지지 않는 이유는 중력이 작용하는 물리법칙에 따라서 설계되어 있기 때문입니다. 롤러코스터의 경사면은 충분한 높이와 곡률로 설계되어 있어서, 중력과 마찰력이 서로 상쇄되면서 높은 속도로 움직이더라도 떨어지지 않고 움직입니다. 또한, 롤러코스터는 강력한 물리법칙인 보존력 법칙에 따라서 에너지를 보존시키는 형태로 설계되어 있습니다. 롤러코스터는 초기 위치에서 출발한 뒤 중력과 마찰력 등의 힘들로 움직이면서 속도가 변하지만, 전체 운행 시스템에서는 운행 중에 생기는 에너지의 손실을 최소화하면서도 계속해서 운행이 가능하도록 설계되어 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.롤러코스터가 뒤집히는 구간에서도 추락하지 않는 이유는, 롤러코스터의 구조와 물리법칙에 기반한 안전장치 때문입니다. 롤러코스터는 안전을 위해 카트와 레일 사이에 유도 바 또는 안전 바를 설치하고, 또한 특수한 안전 장치를 장착합니다.

또한, 뒤집힌 구간에서 카트가 살짝 높아지면, 카트와 레일 사이의 마찰력이 카트를 더 강하게 붙잡아주게 됩니다. 이 마찰력은 롤러코스터를 설계할 때 고려되는 중요한 요소 중 하나입니다.

Answer 3

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

롤러코스터의 질량과 속도, 각속도에 의해 원심력이 크게 발생하기 때문입니다.

롤러코스터가 레일이 뒤집히는 경우에도 회전하며 발생하는 원심력은 중력의 3배 이상으로 설계하여 낙하하지 않도록 합니다.

즉 계속적인 원운동으로 만드는 원심력이 중력을 이겨낼 수 있게 하는 것입니다.

Answer 4

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

롤러코스터에서 뒤집어지는 구간에서는 탑승자가 중력의 영향을 받지 않는 것처럼 보이지만, 실제로는 중력의 영향을 받고 있습니다. 다만, 중력이 작용하는 방향이 탑승자의 몸과 다른 방향으로 작용하므로, 탑승자는 레일과 함께 뒤집어지면서 중력이 작용하는 방향에 따라서 움직입니다.

예를 들어, 탑승자가 레일 위를 전진하는 방향으로 앉아 있다면, 뒤집어지는 구간에서 중력은 탑승자의 머리를 바라보는 방향으로 작용합니다. 이 때, 탑승자의 몸은 레일과 밀착되어 있으므로, 중력이 작용하는 방향에 따라서 레일과 함께 움직입니다. 따라서 뒤집어져도 레일에서 떨어지지 않게 됩니다.

또한, 롤러코스터가 높은 속도로 움직이는 경우, 운동에너지와 중력의 작용으로 인해 탑승자의 몸이 레일에 밀착되는 현상이 발생합니다. 이는 레일과 탑승자의 마찰력이 증가하여 발생하는 현상으로, 레일에서 미끄러지지 않고 탑승자의 몸이 밀착되는 것입니다.

따라서, 롤러코스터에서 뒤집어지는 구간에서 탑승자는 중력의 영향을 받지만, 레일과의 마찰력과 속도 등의 조건이 적절하게 조합되어 있어서 탑승자는 레일에서 떨어지지 않고 움직이는 것입니다.

Answer 5

안녕하세요. 과학전문가입니다.

우리가 끈에 공을 매달고 회전을 하면 공은 나갈려는 힘을 가지게 됩니다. 이 힘은 원심력이라고 부르는데요. 롤러코스터 또한 빠르게 진행하면 그 힘으로 회전할때 원심력으로 작용하기에 떨어지지 않는 것입니다.