Физиката на движението бързо, но не твърде бързо, на гигантска пързалка


Наистина, единствената разлика е, че това е извиваща се надолу пътека с центъра на тази кръгла крива под слайда вместо отгоре. (Отново сивата C-форма представлява пътя на ездача по пързалката и кръговата траектория на тялото му, а точката е центърът на кръга.) Това означава, че центростремителното ускорение също е в посока надолу и към центъра на кръга.

Тъй като ускорението смени посоките, нормалната сила (N) трябва да бъде по-малко отколкото радиалния компонент на гравитационната сила, която дърпа човека надолу към Земята. Какво се случва, когато нормалната сила намалее?

Не забравяйте, че за да накарате ездач да се движи по кръгова пътека, трябва да има обща сила, насочена към центъра на кръга, което е надолу за пързалка с извивка надолу. Тъй като силата на триене винаги е допирателна към траекторията на плъзгане, тази чиста радиална сила, която наричаме центростремителна сила, е съставена от нормалната сила (изтласкваща) и компонент на гравитационната сила (дърпаща към центъра).

Ако скоростта на ездача е достатъчно ниска, нямате нужда от много голяма центростремителна сила, за да го движите в кръг. Само компонентът на гравитационната сила може да бъде достатъчен, за да го постигне. Нормалната сила от плъзгача може просто да бъде някаква малка стойност, която се отблъсква.

Ако скоростта на ездача стане твърде висока, тогава гравитационната сила сама по себе си няма да е достатъчна, за да създаде кръгово движение. Ще ви трябва нормална сила, за да също дръпнете към центъра на кръга. Но слайдовете не правят това: те само отблъскват. Това означава, че плъзгащият се човек всъщност няма да се движи в кръг, а вместо това по параболичен път, докато напуска повърхността на пързалката и се издига във въздуха – поне за кратко време, докато не се блъсне обратно в пързалката. Това се случи с ездачите на пързалка в Детройт.

Нека моделираме движението на човек върху извита надолу пързалка. Ще започна с ездач в горната част на крива. Можете да видите, че в един момент човекът излита от пистата и се превръща в свободно падащ снаряд:

Видео: Rhett Allain

Скоростта на човека в началото на карането е важна. Ако човек започне низходящата крива с достатъчно висока скорост, тогава той ще излети от пистата, но точната стойност на скоростта, която ще накара човека да излезе от пистата, зависи от началния и крайния ъгъл на кривата на пързалката.

Ако искате да задържите ездачите си на пързалката, трябва да увеличите коефициента на триене между тях и пързалката. В крайна сметка Министерството на природните ресурси на Мичиган, което управлява Belle Isle Park, публикува видео във Facebook обяснявайки актуализациите, които са направили: „Почистихме повърхността и започнахме да пръскаме малко вода върху пързалката между каранията, за да помогнем за контролиране на скоростта“, пишат те. Те също така призовават ездачите да се навеждат напред – което служител на парка демонстрира във видеото.

Защо вода? Водата всъщност е някак лепкава, така че самото добавяне на малко от нея може да увеличи триенето поради нейната кохезивна природа. (Разбира се, добавянето на достатъчно, за да се създаде пълна водна пързалка, може да намали триенето и да направи ездача още по-бърз, но това ще отнеме много повече вода.)

Навеждането напред може да помогне да се гарантира, че тежестта на всеки ездач е върху платнения чувал на краката му. Чувалите са направени от чул, който се драска и осигурява известно триене – и тъй като всички ездачи трябва да носят тези чували, това прави по-последователна, позната повърхност от каквото и да е облекло, което ездачите носят. Ако ги помолите да се наведат напред, се уверете, че чулът е в контакт с пързалката, а не с материала, от който е изработена ризата на човека – което би се случило, ако се наведе назад.

Ако операторите на парка искат да станат още по-креативни, друга възможност би била ездачите да се плъзгат, докато носят нещо различно от чувалите – може би нещо с малко гума, за да се увеличи взаимодействието на триене. Възможно е също един слой боя да увеличи коефициента на триене.

Приятно плъзгане!