רכבות הרים הם מתקן מאוד פופלרי בפארקי שעשועים בכל העולם. מתנועת רכבת ההרים על המסילה ניתן ללמוד רבות על חוקי הפיזיקה ובינהם על מומנטום, כבידה, תאוצה, אנרגיה ותנועה מעגלית. הסרטון שלפנינו מסביר על תנועת רכבת ההרים ועל חוקי הפיזיקה המעורבים בה. הסרטון מלווה בדיבוב לאנגלית, על כן הוספתי תרגום והסברים בהמשך העמוד.

סרטון זה נלקח מ-Dr. Dan Izzo. לאתר שלו לחצו כאן

רכבת ההרים פועלת על עקרונות הכבידה והמומונטום (תנע) על מנת למשוך את קרונות הנוסעים למעלה, למטה, בפניות חדות ובסיבובים. בתחילת הנסיעה, רכבת הרים טיפוסית נמשכת בעזרת מסוע מעלה המסלול לנקודה גבוהה. אח"כ כוח הכבידה מושך את הרכבת למטה בירידה ומגיע למהירויות של עד למעלה מ-110 קמ"ש. לולאה ברכבת ההרים איננה מעגלית אלא בצורה של טיפה הפוכה. צורה זו מאפשרת יצירה של כח צנטריפיטלי המתגבר על כח המשיכה, ומאפשר השארות של רכבת ההרים ונוסעיה על המסילה. הסיבובים החדים במהירות גבוהה גורמים ליצירת כוחות שעלולים להוריד את הרכבת מהמסילה. ליתר ביטחון ישנם 3 מערכות גלגלים. גלגלי דרך שנעים על המסילה, גלגלי בלם עליונים הנעים מתחת למסילה, וגלגלים מובילים המונעים מהרכבת להתנתק מהמסילה לצדדים.

שיקולי אנרגיה: כאשר רכבת ההרים עולה במסוע, מושקעת אנרגיה על מנת למשוך אותה לנקודת הפוטנציאל הגבוה. כאשר הרכבת בראש העליה, כל האנרגיה במערכת היא פוטנציאלית - אנרגית גובה ומהירותה מינימלית - האנרגיה הקינטית אפסית. כאשר רכבת ההרים יורדת למטה עם כח הכבידה, האנרגיה הפוטנציאלית הופכת לקינטית דבר הגורם לעליה במהירות עד להגעה לנקודה הנמוכה שם האנרגיה הפוטנציאלית מינימלית והקינטית מקסימלית - שיא המהירות. לשיקולים הנ"ל חשוב להוסיף את כח החיכוך המבזבז אנרגיה לאורך כל הנסיעה וממיר אותה לאנרגית חום.

כח צנטריפיטלי - כאשר הרכבת נעה בעיקול או בסיבוב זו נקראת תנועה מעגלית ומופעל כח כלפי מרכז המעל אשר מסלול הרכבת יוצר. כח זה במקרה של סיבוב דוחף את הרכבת לכיוון המסילה ומונע נפילה שלה. במקרה של עיקול כח זה דוחף את רכבת ההרים לכיוון חוץ המסילה (הצידה) ולשם יש מערכת גלגלים אשר נועדה למנוע התנתקות הרכבת מהמבילה. אם תקחו איתכם בקבוק מים לרכבת ההרים אתם תראו שבשלב שהסיבוב כאשר אתם נמצאים הפוכים ביחס לאדמה, המים ישאר באותו חלק של הבקבוק ולא ישפכו בשל הכח הצנטריפיטלי.

מהירות קריטית - בסיבוב צריך להגיע לאיזושהי מהירות מינמלית (קריטית) על מנת שהכח הצנטריפיטלי יהיה חזק דיו בשביל להתגבר על כח המשיכה ולמנוע נפילת הנוסעים מהרכבת.

מומנטום - מומנטום (תנע) הוא גודל פיזיקלי המורכב ממהירות ומסה של הגוף וקובע את "עוצמת התנועה" של הגוף. תנע הוא דבר מאוד חשוב בתנועת הרכבת. חשוב שהתנע יהיה חזק דיו בשביל לשהרכבת לא תיעצר באמצע הנסיעה. ניתן לומר שחשוב שהאנרגיה הקינטית בסוף הירידה תהיה מספיק גדולה בשביל שהמהירות תאפשר תנע שיאשר לרכבת ההרים להשלים את מסלולה.

למידע נוסף על רכבות הרים, מתוך אתר וויקיפדיה, לחצו כאן

 

מאת: ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.