Model kolejki górskiej (siła dośrodkowa)

Symulacja pokazuje prosty modelowy eksperyment dla zapętlonej kolejki górskiej (roller coaster). Aby uniknąć zbyt skomplikowanych obliczeń, przyjmujemy kołowy kształt toru; wlot i wylot, jeśli występuje, jest prosty. Te założenia nie są odpowiednie dla rzeczywistej pętli, ponieważ prowadzą do ekstremalnych i nagłych zmian występujących sił; ryzyko wypadku na takiej pętli byłoby zbyt duże. W symulacji pomijane są siły tarcia i obrót własny kulki.

Zasadniczo można wyróżnić trzy sytuacje:

• Jeśli wysokość początkowa zsuwająącej się kuli jest nie większa od promienia okręgu, dochodzi do okresowych drgań, takich jak w wahadle. W takim przypadku wlot i wylot nie są specjalnie przydatne i dlatego są pomijane.
• Jeśli wysokość początkowa jest większa od promienia okręgu, ale mniejsza od jego 2,5-krotności, kulka po uruchomieniu i przejściu na tor kołowy początkowo ślizga się po jego prawej stronie do góry, ale w pewnym momencie odrywa się od niego nieco wznosząc i opada.
• Jeśli początkowa wysokość jest co najmniej 2,5 razy większa od promienia, kulka zatoczy pełną pętlę, a następnie przez wylot opuści układ.

Podstawowe parametry mogą być ustawione w menu po prawej stronie. Górny przycisk Resetuj przenosi symulację do stanu początkowego. Za pomocą następnego przycisku można rozpocząć, zatrzymać i wznowić symulację. und wieder fortsetzen. Dwa pola opcji pozwalają wybrać pomiędzy spowolnieniem 5 razy i 50 razy Poniżej przycisków opcji znajdują się cztery pola wprowadzania, promienia okręgu, wysokości początkowej, przyspieszenia ziemskiego i masy. Wprowadzone dane muszą być zatwierdzone za pomocą klawisza Enter; Wpisy poza dozwolonym zakresem są zmieniane. Za pomocą przycisków w dolnej części można między innymi ustawić, czy ma być rysowany wektor prędkości. Można również wybrać, czy ma być wyświetlany ciężar i siła kontaktowa (reakcji podłoża), czy składowa siły wypadkowej styczna i składowa normalna do toru. Na koniec można określić, czy ma być widoczna siła wypadkowa i związany z nią równoległobok sił.

W obszarze rysunku układu eksperymentalnego pokazano dwa zegary. Górny pokazuje czas, który upłynął od rozpoczęcia eksperymentu. Dolny jest uruchamiany w momencie, gdy kulka po raz pierwszy mija najniższy punkt toru kołowgo. W dolnej części obszaru rysunku wyświetlane są wartości istotnych wielkości dotyczących ruchu. Po prawej stronie znajdują się dwie strzałki porównawcze dla wektorów prędkości i siły na rysunku.

Źródło: https://www.walter-fendt.de/html5/phde/looping_de.htm
Walter Fendt, 8 marca, 2020
Ostatnia aktualizacja: 8 marca, 2020
 

Na licencji Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.