The physics of fun - Roller Coaster

Assalamualaikum dan Salam Sejahtera

Berapa ramai antara anda yang pernah menaiki roller coaster?  Jika ya, apakah perasaan anda ketika menaiki roller coaster? Takut? Seronok? Ataupun KETAGIHAN?

roller coaster

Ketika menaiki roller coaster, pernahkah anda terfikir bagaimanakah para jurutera mereka & membina permainan itu? Apakah konsep-konsep fizik yg digunakan dlm permainan itu? Mari kita merungkai satu persatu konsep fizik yg digunakan dalam roller coaster! Sila teruskan bacaan anda! (bila cerita pasal ilmiah sikit mesti org dah berhenti membaca di sini)

Utk memudahkan anda utk memahami konsep-konsep fizik, saya telah bahagikan tahap-tahap permainan roller coaster ini kpd 3 fasa iaitu:

1. Fasa NAIK
2. Fasa TURUN
3. Fasa PUSINGAN


*penulis ingin memohon maaf kerana tdk menyediakan sebarang grafik (pelan) roller coaster yg boleh dijadikan contoh. Segala kekurangan di dlm artikel ini amatlah dikesali*

Konsep asal
Roller coaster ni sebenarnya tdk menggunakan sebarang peralatan mekanikal utk membuatkan gerabaknya bergerak (kecuali ketika mendaki dan berhenti). Roller coaster ni digerakkan oleh  potential energy (tenaga keupayaan) yg dikumpul ketika gerabak-gerabak roller coaster ni membuat pendakian. Roller coaster ni dibina menurut prinsip keabadian tenaga (the Principal of conservation of energy).

Menurut prinsip keabadian tenaga, tenaga tdk boleh  boleh hilang musnah tetapi ia boleh bertukar kpd bentuk lain seperti tenaga kinetik/ tenaga haba. 1

Naik
Pernahkah anda terfikir kenapa kebanyakkan  roller coaster di dunia ini mempunyai suatu laluan mendaki pada peringkat awalnya? Para jurutera  membina satu trek mendaki utk membenarkan gerabak-gerabak menyimpan potential energy yg kemudiannya akan ditukarkan kepada tenaga kinetik utk mengerakkan gerabak sehingga ke garisan penamat. Semakin tinggi gerabak roller coaster ni mendaki, semakin besar potential energy yg disimpan. 2

Turun
Potential energy yg disimpan oleh gerabak roller coaster akan ditukar kpd tenaga kinetik sebaik sahaja tarikan graviti menarik gerabak itu meluncur menyelusuri trek Graviti memainkan peranan yg sangat penting utk menjayakan keseronokan yg tdk terhingga ketika menaiki roller coaster. Pertama sekali, graviti amat penting utk memisahkan gerabak dgn sistem takal yg membawa kita naik ke puncak trek mendaki. Kemudian graviti membolehkan potential energy yg disimpan ketika pendakian tadi, ditukar kpd tenaga kinetik dan menambahkan pecutan kpd gerabak roller coaster.2

Kinetic energy, along with potential energy, forms the total mechanical energy of the system. On a roller coaster, potential energy is transferred into kinetic energy the moment the coaster accelerates into the initial descent. These transfers of energy are what powers the roller coaster.4

Ketika gerabak roller coaster meluncur turun, gerabak itu akan mengalami keadaan terjunan bebas (free fall). Menurut hukum pergerakan Newton yg ketiga ,

R= mg - ma

Apabila gerabak itu mengalami keadaan free fall, pecutan gerabak itu sama dgn pecutan graviti iaitu 9.82m/s^2

free fall ; g = a = 9.82m/s^2

R= mg-ma = 03

Pusingan

Adakah anda perasan ketika kita melalui trek berpusing, gerabak roller coaster yg kita naiki tak pulak rasa nak terjatuh dari trek atau nak tercampak. Ketika gerabak itu melalui satu trek yg berpusing, badan kita akan dikenakan daya centripetal.  

Centripetal force is a force that makes a body follow a curved path.

gambar menunjukkan centripetal force.

Kesimpulan

Hidup kita ni sentiasa berkisar tentang sains, terutamanya fizik. Berapa ramai yg sedar apa konsep fizik yg digunakan di dlm roller coaster?

Menarik!
Reka roller coaster anda sendiri dan pelajari konsep fizik dan keselamatan disebaliknya!
1.http://www.learner.org/interactives/parkphysics/coaster/
2.http://dsc.discovery.com/games/coasters/interactive.html

Sumber
*Semua sumber telah diletakkan pautan terus ke laman sesawang yg telah saya rujuk*
-Wikipedia
-Brittanica online
-How stuff works
-TLC
-Lerner.org
No 3- Buku rujukan fizik ting 4 dan 5  Nexus Vista - Sasbadi 2009
Kertas kerja : Roller coaster physics - Tony Wayne 1998