หลักการทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง
ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับรถไฟเหาะ
•หลักการทำงานของรถไฟเหาะ
•ความเร็ว
•มวล
•พลังงานศักย์โน้มถ่วง – พลังงานจลย์
•แรงโน้มถ่วงของโลก – โมเมนตัม
•แรงสู่ศูนย์กลาง
ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับรถไฟเหาะ
•หลักการทำงานของรถไฟเหาะ
•ความเร็ว
•มวล
•พลังงานศักย์โน้มถ่วง – พลังงานจลย์
•แรงโน้มถ่วงของโลก – โมเมนตัม
•แรงสู่ศูนย์กลาง
ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับรถไฟเหาะ
3ถ้าท่านได้ศึกษาฟิสิกส์ ท่านจะต้องรู้จักเครื่องเล่นมหัศจรรย์ชิ้นหนึ่ง ชื่อของมันคือ รถไฟเหาะตีลังกา เพราะการเคลื่อนที่ของมันเป็นไปตามหลักการทางฟิสิกส์ล้วนๆ อาทิเช่น มวล ความเร่งโน้มถ่วง และแรงเข้าสู่ศูนย์กลางเป็นต้น ในสวนสนุกขนาดใหญ่เกือบทุกแห่ง ล้วนแต่มีรถไฟเหาะตีลังกาอยู่ทั้งสิ้น ทางวิ่งของรถไฟเหาะดูใหญ่โตมโหฬาร วนไปมาน่าเวียนหัว
4เครื่องเล่นในสวนสนุกสำหรับคนที่ชอบความตื่นเต้นท้าทายต้องไม่พลาด และถือเป็น Hi-light ของสวนสนุกทุกแห่งในโลก คือ รถไฟเหาะ หรือ Roller Coaster ถูกสร้างขี้นมาโดยชาวฝรั่งเศส และพัฒนาต่อมาโดยสหรัฐอเมริกา มีจุดเริ่มต้นมาจากเลื่อนน้ำแข็ง กีฬายอดฮิตของชาวรัสเซีย แต่ในช่วงนั้นประมาณคริสต์ศตวรรษที่ 16 และ 17 เรียกกีฬานี้ว่า ภูเขาของรัสเซีย โดยผู้เล่นจะเลื่อนตัวลงมาตามทางลาดที่ทำด้วยน้ำแข็งสูงประมาณ 21 เมตร ซึ่งถือว่าสูงเอาการทีเดียว
ในปี ค.ศ.1817 ฝรั่งเศสดัดแปลงเป็นตัวรถเลื่อนบนน้ำแข็ง ส่วนที่อเมริกา รถไฟเหาะเริ่มต้นเมื่อกลางคริสต์ศตวรรษที่ 18 ขณะนั้นออกแบบเป็นรถไฟขนถ่านหินระยะทางยาว 29 กิโลเมตร เลื่อนลงมาจากภูเขา ตอนนั้นใช้สัตว์ เช่น ลาและม้า ช่วยลาก แต่เมื่อมีการประดิษฐ์รถจักรไอน้ำ จึงเปลี่ยนมาใช้เครื่องจักรแทนสัตว์ผู้น่าสงสาร
ในปี ค.ศ.1817 ฝรั่งเศสดัดแปลงเป็นตัวรถเลื่อนบนน้ำแข็ง ส่วนที่อเมริกา รถไฟเหาะเริ่มต้นเมื่อกลางคริสต์ศตวรรษที่ 18 ขณะนั้นออกแบบเป็นรถไฟขนถ่านหินระยะทางยาว 29 กิโลเมตร เลื่อนลงมาจากภูเขา ตอนนั้นใช้สัตว์ เช่น ลาและม้า ช่วยลาก แต่เมื่อมีการประดิษฐ์รถจักรไอน้ำ จึงเปลี่ยนมาใช้เครื่องจักรแทนสัตว์ผู้น่าสงสาร
5เมื่อยุคการใช้ถ่านหินหมดความนิยมลง รถไฟเหล่านี้จึงถูกดัดแปลงมาเป็นรถนำเที่ยวชมวิวบนภูเขา มีการเพิ่มกิจกรรมรื่นเริงต่างๆ ทำให้ทุกปีมีนักท่องเที่ยวขึ้นรถไฟหลายพันคน ต่อมาอีก 30 ปี อเมริกาจึงดัดแปลงรถไฟเหล่านี้เป็นรถไฟเหาะเล่นกันอยู่ในสวนสนุกจนเป็นที่นิยมกันมาก
พอสงครามโลกครั้งที่ 2 เกิดขึ้น เศรษฐกิจตกต่ำการผลิตรถไฟเหาะจึงลดลง แต่กลับมาบูมอีกครั้งในปี 1990 เมื่อเศรษฐกิจฟื้นตัว ธุรกิจสวนสนุกกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้ง รถไฟเหาะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างแบบเหล็ก ทำให้ผู้เล่นรู้สึกมั่นคงและปลอดภัย แถมวิศวกรยังใส่ลูกเล่นเพื่อเพิ่มความสนุกตื่นเต้นท้าทายมากขึ้น อันเป็นเสน่ห์ของรถไฟเหาะที่ได้รับความนิยม
6โครงสร้างของรถไฟแยกออกเป็น 2 ประเภทคือ
1. ทำด้วยไม้
2. ทำด้วยเหล็ก
โครงสร้างที่ทำด้วยไม้ถูกสร้างขึ้นมาก่อน โดยใช้แผ่นเหล็กขนาด 10 ถึง 15 cm ทำเป็นรางขนาน ยึดเข้ากับไม้ ล้อวิ่งซ้อนอยู่บนรางที่ทำเป็นปีกไว้ ทำให้ล้อไม่หลุดออกมาขณะที่วิ่งอยู่บนรางด้วยความเร็วสูง
โครงสร้างไม้ทำหน้าที่รองรับน้ำหนัก เปรียบเทียบได้กับโครงสร้างของบ้าน หรือ ตึก ที่ช่วยรองรับน้ำหนักของบ้านและตึกทั้งหลังได้ แต่เนื่องจากไม้ดัดและขึ้นเป็นรูปต่างๆได้ยาก โครงสร้างทีทำด้วยไม้จึงดัดแปลงให้มีรูปทรงที่สลับซับซ้อนได้ยาก และเสียงที่เกิดบนโครงสร้างไม้เมื่อได้ยินแล้วน่ากลัว
7การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากไม้เป็นเหล็กเกิดขึ้นในปี 1960 นับเป็นการปฏิวัติรถไฟเหาะอย่างแท้จริง เหล็กถูกทำให้เป็นท่อขนาดใหญ่ ส่วนรางยึดติดกับท่อนี้ ทำให้มีความมั่นคงแข็งแรง น้ำหนักโดยรวมเบากว่าไม้ การขึ้นรูปทำได้ง่ายกว่า
ผู้ออกแบบและผู้เล่นจึงมีความมั่นใจในโครงสร้างเหล็กมากกว่า
เสียงที่เกิดจากโครงสร้างเหล็กน้อยกกว่าเสียงที่เกิดจากโครงสร้างไม้ เพราะเหล็กเลื่อนและยุบตัวได้น้อยกว่าไม้ อย่างไรก็ตามนักเล่นรุ่นเก๋าบางท่านชอบเสียงที่เกิดจากโครงสร้างไม้มากกว่า เพราะว่ามันให้อารมณ์ความรู้สึกมากกว่า
หลักการทำงานของรถไฟเหาะ
พอสงครามโลกครั้งที่ 2 เกิดขึ้น เศรษฐกิจตกต่ำการผลิตรถไฟเหาะจึงลดลง แต่กลับมาบูมอีกครั้งในปี 1990 เมื่อเศรษฐกิจฟื้นตัว ธุรกิจสวนสนุกกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้ง รถไฟเหาะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างแบบเหล็ก ทำให้ผู้เล่นรู้สึกมั่นคงและปลอดภัย แถมวิศวกรยังใส่ลูกเล่นเพื่อเพิ่มความสนุกตื่นเต้นท้าทายมากขึ้น อันเป็นเสน่ห์ของรถไฟเหาะที่ได้รับความนิยม
6โครงสร้างของรถไฟแยกออกเป็น 2 ประเภทคือ
1. ทำด้วยไม้
2. ทำด้วยเหล็ก
โครงสร้างที่ทำด้วยไม้ถูกสร้างขึ้นมาก่อน โดยใช้แผ่นเหล็กขนาด 10 ถึง 15 cm ทำเป็นรางขนาน ยึดเข้ากับไม้ ล้อวิ่งซ้อนอยู่บนรางที่ทำเป็นปีกไว้ ทำให้ล้อไม่หลุดออกมาขณะที่วิ่งอยู่บนรางด้วยความเร็วสูง
โครงสร้างไม้ทำหน้าที่รองรับน้ำหนัก เปรียบเทียบได้กับโครงสร้างของบ้าน หรือ ตึก ที่ช่วยรองรับน้ำหนักของบ้านและตึกทั้งหลังได้ แต่เนื่องจากไม้ดัดและขึ้นเป็นรูปต่างๆได้ยาก โครงสร้างทีทำด้วยไม้จึงดัดแปลงให้มีรูปทรงที่สลับซับซ้อนได้ยาก และเสียงที่เกิดบนโครงสร้างไม้เมื่อได้ยินแล้วน่ากลัว
7การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากไม้เป็นเหล็กเกิดขึ้นในปี 1960 นับเป็นการปฏิวัติรถไฟเหาะอย่างแท้จริง เหล็กถูกทำให้เป็นท่อขนาดใหญ่ ส่วนรางยึดติดกับท่อนี้ ทำให้มีความมั่นคงแข็งแรง น้ำหนักโดยรวมเบากว่าไม้ การขึ้นรูปทำได้ง่ายกว่า
ผู้ออกแบบและผู้เล่นจึงมีความมั่นใจในโครงสร้างเหล็กมากกว่า
เสียงที่เกิดจากโครงสร้างเหล็กน้อยกกว่าเสียงที่เกิดจากโครงสร้างไม้ เพราะเหล็กเลื่อนและยุบตัวได้น้อยกว่าไม้ อย่างไรก็ตามนักเล่นรุ่นเก๋าบางท่านชอบเสียงที่เกิดจากโครงสร้างไม้มากกว่า เพราะว่ามันให้อารมณ์ความรู้สึกมากกว่า
หลักการทำงานของรถไฟเหาะ
8หลักการทำงานของรถไฟเหาะ ก็คล้ายกับการเคลื่อนที่รถรางเด็กเล่น ที่เราเคยเล่นเมื่อตอนเป็นเด็ก เป็นการวิ่งอยู่บนทางราบ แต่สำหรับรถไฟเหาะ เป็นรถรางที่ขยายขนาดขึ้น และวิ่งด้วยความเร็วที่สูง แถมยังตีลังกาหกคะเมนได้ด้วย รถไฟเหาะไม่มีเครื่องยนต์หรือแหล่งขับเคลื่อนภายในตัวเอง มันเคลื่อนที่ได้ด้วยแรงเฉื่อยกับแรงโน้มถ่วง ให้พลังงานจากภายนอกเพียงครั้งแรกเท่านั้น ตอนที่เลื่อนรถไฟขึ้นเนินแรก ซึ่งเป็นเนินเริ่มต้น และเป็นเนินที่สูงที่สุด
9การเคลื่อนที่ของรถไฟเหาะมาจากพลังงานศักย์โน้มถ่วง ยิ่งรถไฟอยู่สูงจากพื้นมากเท่าไร พลังงานศักย์โน้มถ่วงยิ่งมีค่ามากขึ้นเท่านั้น เหมือนกับการที่ท่านขี่จักรยานขึ้นเนินเขา พอถึงจุดสูงสุด และปล่อยให้ไหลลงมาจากเนิน ความเร็วของรถจักรยานจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ยิ่งสูงมากเท่าไร ความเร็วของรถทางด้านล่างจะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
เมื่อรถไฟเหาะเลื่อนลงจากเนินแรก ซึ่งเป็นเนินที่สูงสุด ความเร็วจะเพิ่มขึ้น พอถึงข้างล่าง ความเร็วทำให้รถไฟพุ่งต่อไป ยังเนินที่สอง ขณะที่ไต่เนินขึ้นความเร็วจะลดลง
เหตุผลที่เนินที่สองมีขนาดเตี้ยกว่าเนินแรก ก็เพราะว่า รถไฟต้องสูญเสียพลังงานไปกับแรงเสียดทาน และแรงต้านอากาศ เนินถัดไปจึงต้องมีขนาดเตี้ยลงไปตามลำดับ
เมื่อรถไฟเหาะเลื่อนลงจากเนินแรก ซึ่งเป็นเนินที่สูงสุด ความเร็วจะเพิ่มขึ้น พอถึงข้างล่าง ความเร็วทำให้รถไฟพุ่งต่อไป ยังเนินที่สอง ขณะที่ไต่เนินขึ้นความเร็วจะลดลง
เหตุผลที่เนินที่สองมีขนาดเตี้ยกว่าเนินแรก ก็เพราะว่า รถไฟต้องสูญเสียพลังงานไปกับแรงเสียดทาน และแรงต้านอากาศ เนินถัดไปจึงต้องมีขนาดเตี้ยลงไปตามลำดับ
ความเร็ว
10การเลื่อนรถไฟเหาะขึ้นไปบนเนินตอนแรก ต้องใช้รอกขนาดยักษ์ 2 อัน อันแรก อยู่ข้างล่างเนิน อันที่สองอยู่บนจุดสูงสุดของเนิน คล้องด้วยโซ่ มอเตอร์ขับเคลื่อนรอกและโซ่ให้เคลื่อนที่ขึ้น ข้างใต้ของรถไฟจะมีตะขอเกี่ยวเข้ากับโซ่ และถูกดึงขึ้นไปพร้อมกับโซ่อย่างช้าๆ เมื่อถึงจุดสูงสุด ตะขอจะหลุดออกจากโซ่และรถจะเลื่อนไหลลงออกจากเนินแรก
รถไฟเหาะยุคไฮเทค ใช้แรงส่งจากมอเตอร์แนวตรง ( Linear induction motors) ซึ่งจะช่วยส่งแรงให้กับรถเหาะเป็นช่วงๆตลอดแนว นักออกแบบบางคน ใช้ล้อขับด้วยมอเตอร์ช่วยส่งแรงเป็นช่วงๆก็ได้
ส่วนระบบเบรกทำเป็นก้ามปูหนีบเพื่อสร้างแรงเสียดทานขึ้นตามแนวทางวิ่ง
ซึ่งจะช่วยชลอความเร็วของรถให้ช้าและหยุดลง
รถไฟเหาะยุคไฮเทค ใช้แรงส่งจากมอเตอร์แนวตรง ( Linear induction motors) ซึ่งจะช่วยส่งแรงให้กับรถเหาะเป็นช่วงๆตลอดแนว นักออกแบบบางคน ใช้ล้อขับด้วยมอเตอร์ช่วยส่งแรงเป็นช่วงๆก็ได้
ส่วนระบบเบรกทำเป็นก้ามปูหนีบเพื่อสร้างแรงเสียดทานขึ้นตามแนวทางวิ่ง
ซึ่งจะช่วยชลอความเร็วของรถให้ช้าและหยุดลง
1110อันดับรถไฟเหาะที่ยอดเยี่ยมที่สุดของโลกเรื่องความเรื่องความเร็ว
อันดับที่ 1 Kingda Ka @ Six Flags Great Adventure, New Jersey USA
รถไฟ เหาะขบวนนี้เปิดตัวในปี 2005 เป็นรถไฟเหาะที่สูงที่สุดและเร็วที่สุดในโลก
เบียดแซงอันดับที่ 4 ไปด้วยความสูง 456 ฟุต ด้วยความเร็ว 128 ไมล์ต่อชั่วโมง
(ราวๆ 206 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ในเวลาเพียง 3.5 วินาทีเท่านั้น
อันดับที่ 1 Kingda Ka @ Six Flags Great Adventure, New Jersey USA
รถไฟ เหาะขบวนนี้เปิดตัวในปี 2005 เป็นรถไฟเหาะที่สูงที่สุดและเร็วที่สุดในโลก
เบียดแซงอันดับที่ 4 ไปด้วยความสูง 456 ฟุต ด้วยความเร็ว 128 ไมล์ต่อชั่วโมง
(ราวๆ 206 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ในเวลาเพียง 3.5 วินาทีเท่านั้น
อันดับที่ 2 Steel Dragon 2000 @ Nagashima Spa Land Amusement Park, Mie Prefecture Japan
รถไฟ เหาะนี้คล้ายกับ Millenium Force มาก แต่ยาวกว่า สูงกว่า และเร็วกว่านิดเดียวเท่านั้น ด้วยระยะทาง 8,133 ฟุต ทำให้มันเป็นรถไฟเหาะที่ยาวที่สุดในโลก ด้วยความสูง 318.25 ฟุต และความเร็ว 95 ไมล์ต่อชั่วโมง แต่ราคาแพงกว่าตั้ง 2 เท่า
รถไฟ เหาะนี้คล้ายกับ Millenium Force มาก แต่ยาวกว่า สูงกว่า และเร็วกว่านิดเดียวเท่านั้น ด้วยระยะทาง 8,133 ฟุต ทำให้มันเป็นรถไฟเหาะที่ยาวที่สุดในโลก ด้วยความสูง 318.25 ฟุต และความเร็ว 95 ไมล์ต่อชั่วโมง แต่ราคาแพงกว่าตั้ง 2 เท่า
12อันดับที่ 3 Millenium Force @ Cedar Point, Sandusky Ohio USA
เป็นรถไฟเหาะที่จะปล่อยเราทีความสูงถึง 310 ฟุตปล่อยคุณลงด้วยความชัน 80 องศาความเร็วสูงสูง
กว่า 92 ไมล์ต่อชั่วโมง เป็นรถไฟเหาะที่มีความยาวมากถึง 6,595 ฟุต
เป็นรถไฟเหาะที่จะปล่อยเราทีความสูงถึง 310 ฟุตปล่อยคุณลงด้วยความชัน 80 องศาความเร็วสูงสูง
กว่า 92 ไมล์ต่อชั่วโมง เป็นรถไฟเหาะที่มีความยาวมากถึง 6,595 ฟุต
อันดับที่ 4 Top Thrill Dragster @ Cedar Point, Sandusky Ohio USA
สวน สนุกที่ได้ชื่อว่าเป็นอันดับ 1 ของโลก ได้รางวัล Best Amusement Park 11 ปีซ้อน ที่นี่มีรถไฟ
เหาะถึง 17 ขบวนหนึ่งในนั้นคือ Top Thrill Dragster เจ้านี่จะยิงคุณด้วยความเร็ว 120 ไมล์ต่อ
ชั่วโมง ขึ้นไปที่ความสูง 420 ฟุต แล้วควงกลับลงมา เหตุการณ์ทั้งหมดใช้เวลาเพียง 10 วินาทีเท่านั้น
สวน สนุกที่ได้ชื่อว่าเป็นอันดับ 1 ของโลก ได้รางวัล Best Amusement Park 11 ปีซ้อน ที่นี่มีรถไฟ
เหาะถึง 17 ขบวนหนึ่งในนั้นคือ Top Thrill Dragster เจ้านี่จะยิงคุณด้วยความเร็ว 120 ไมล์ต่อ
ชั่วโมง ขึ้นไปที่ความสูง 420 ฟุต แล้วควงกลับลงมา เหตุการณ์ทั้งหมดใช้เวลาเพียง 10 วินาทีเท่านั้น
13อันดับที่ 5 Dodonpa @ Fuji-Q Highland, Mt.Fujiyama Japan
บริเวณใกล้ๆกับภูเขาไฟฟูจิ มีสวนสนุกชื่อดัง และเครื่องเล่นหนึ่งในนั้นคือDodonpa เป็นรถไฟเหาะที่
มีความเร่งสูงที่สุดของโลก ด้วยความเร็ว 107 ไมล์ต่อชั่วโมงภายใน 2 วินาที ยังไม่พอ ยังส่งขึ้นไป
ด้วยความชัน 90 องศา และลงมาด้วยความชันอีก 90 องศา
บริเวณใกล้ๆกับภูเขาไฟฟูจิ มีสวนสนุกชื่อดัง และเครื่องเล่นหนึ่งในนั้นคือDodonpa เป็นรถไฟเหาะที่
มีความเร่งสูงที่สุดของโลก ด้วยความเร็ว 107 ไมล์ต่อชั่วโมงภายใน 2 วินาที ยังไม่พอ ยังส่งขึ้นไป
ด้วยความชัน 90 องศา และลงมาด้วยความชันอีก 90 องศา
อันดับที่ 6 Thunder Dolphin @ Laqua, Tokyo Dome City Japan
นั่นคือ Thunder Dolphin เป็นรถไฟเหาะที่ปล่อยด้วยความสูง 218 ฟุต เลี้ยววงแคบ 80 องศา
ความเร็วสูงสุด 80 ไมล์ต่อชั่วโมง มีความยาวทั้งสิ้น 3,500 ฟุต
นั่นคือ Thunder Dolphin เป็นรถไฟเหาะที่ปล่อยด้วยความสูง 218 ฟุต เลี้ยววงแคบ 80 องศา
ความเร็วสูงสุด 80 ไมล์ต่อชั่วโมง มีความยาวทั้งสิ้น 3,500 ฟุต
14อันดับที่ 7 Goliath @ Six Flags MagicMountain, Los Angeles USA
รถไฟเหาะ Goliath ที่จะปล่อยคุณที่ความสูง 255 ฟุต ด้วยมุมชัน 61 องศา ทำให้ตัวแทบจะลอยหลุด
จากเก้าอี้กันเลยทีเดียว ความเร็วสูงสุด 85 ไมล์ต่อชั่วโมง มีความยาวทั้งสิ้น 4500 ฟุต
อันดับที่ 8 Dragon Khan @ Port Aventura Theme Park, Spain
Dragon Khan จะพาคุณไปปล่อยที่ความสูง 161 ฟุต และหมุนอีก 8 รอบ ด้วยความเร็ว 65 ไมล์ต่อ
ชั่วโมง รถไฟเหาะลำนี้ได้รับคำชมว่า ค่อนข้างสมูท และเคยได้บันทึกสถิติเกี่ยวกับการหมุนควง
15อันดับที่ 9 Titan @ Six Flags Over Texas, Arlington USA
รถไฟเหาะลำนี้จะปล่อยจากความสูง 255 ฟุต เลี้ยวและหมุนไปมาจนเกิดแรงจีมากถึง 4.5G และยัง
ทำให้เกิด negativeG ที่ทำให้ตัวหวิวอีกด้วย ความเร็วสูงสุด 85 ไมล์ต่อชั่วโมง ระยะทางยาวกว่า
5,280 ฟุต
รถไฟเหาะ Goliath ที่จะปล่อยคุณที่ความสูง 255 ฟุต ด้วยมุมชัน 61 องศา ทำให้ตัวแทบจะลอยหลุด
จากเก้าอี้กันเลยทีเดียว ความเร็วสูงสุด 85 ไมล์ต่อชั่วโมง มีความยาวทั้งสิ้น 4500 ฟุต
อันดับที่ 8 Dragon Khan @ Port Aventura Theme Park, Spain
Dragon Khan จะพาคุณไปปล่อยที่ความสูง 161 ฟุต และหมุนอีก 8 รอบ ด้วยความเร็ว 65 ไมล์ต่อ
ชั่วโมง รถไฟเหาะลำนี้ได้รับคำชมว่า ค่อนข้างสมูท และเคยได้บันทึกสถิติเกี่ยวกับการหมุนควง
15อันดับที่ 9 Titan @ Six Flags Over Texas, Arlington USA
รถไฟเหาะลำนี้จะปล่อยจากความสูง 255 ฟุต เลี้ยวและหมุนไปมาจนเกิดแรงจีมากถึง 4.5G และยัง
ทำให้เกิด negativeG ที่ทำให้ตัวหวิวอีกด้วย ความเร็วสูงสุด 85 ไมล์ต่อชั่วโมง ระยะทางยาวกว่า
5,280 ฟุต
อันดับที่ 10 Nemesis @ Alton Tower, Staffordshire UK
รถไฟ เหาะแบบห้อยขาที่มีความเร็วถึง 50 ไมล์ต่อชั่วโมง พาคุณหมุน 4 รอบ ภายในเวลา 1 นาทีครึ่ง ให้คุณได้สัมผัสประสบการณ์แรงถึง 4G มีความยาวทั้งสิ้น 2,349 ฟุต
รถไฟ เหาะแบบห้อยขาที่มีความเร็วถึง 50 ไมล์ต่อชั่วโมง พาคุณหมุน 4 รอบ ภายในเวลา 1 นาทีครึ่ง ให้คุณได้สัมผัสประสบการณ์แรงถึง 4G มีความยาวทั้งสิ้น 2,349 ฟุต
มวล
16ขณะอยู่บนรถไฟเหาะเรามีความรู้สึกสนุกสนาน แต่ขณะเดียวกันก็ทำให้ท่านทุกข์ได้ด้วย จนถึงกับวิงเวียนอาเจียนได้ เป็นเพราะแรงที่กระทำบนตัวของผู้เล่นปกตินั้น ถ้าเรานั่งนิ่งๆ และไม่มีการเคลื่อนที่ จะมีแต่น้ำหนักเท่านั้นที่กระทำกับตัวเรา เราชินกับน้ำหนักของตัวเองมาตั้งแต่เกิด ดังนั้นจึงไม่มีความรู้สึกอะไร หรือถ้าเราเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ จะไม่มีแรงกระทำกับตัวเรา ตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน ที่กล่าวไว้ว่า
วัตถุที่หยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ จะไม่มีแรงกระทำกับวัตถุนั้น แต่ถ้าวัตถุมีการเปลี่ยนความเร็ว หมายถึงว่ามีความเร่งจะเกิดแรงกระทำขึ้นกับวัตถุนั้นทันที
วัตถุที่หยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ จะไม่มีแรงกระทำกับวัตถุนั้น แต่ถ้าวัตถุมีการเปลี่ยนความเร็ว หมายถึงว่ามีความเร่งจะเกิดแรงกระทำขึ้นกับวัตถุนั้นทันที
17และในขณะที่นั่งรถไฟเหาะซึ่งมีความเร่งเกิดขึ้น เราอาจจะมีน้ำหนักตัว
มากขึ้นถึง 300 กิโลกรัม ทั้ง ๆ ที่เราแสนจะผอม รถไฟเหาะมันจะมีราง
ขึ้น -ลง น้ำหนักตัวจะขึ้นถึง300 กิโลกรัมเวลาที่คุรนั่งอยู่ที่จุดต่ำสุดของราง
รถไฟเหาะ เพราะที่จุดต่ำสุดของรถไฟเหาะน้ำหนักทั้งหมดของเราจะทิ้งลง
มาทำให้เหมือนว่าเราจะร่วงลงมาแต่มีรถไฟเหาะรองรับน้ำหนักอยู่ทำให้
น้ำหนักทั้งหมดของเราทิ้งมาที่รถไฟตอนอยู่ที่จุดล่างสุด
มากขึ้นถึง 300 กิโลกรัม ทั้ง ๆ ที่เราแสนจะผอม รถไฟเหาะมันจะมีราง
ขึ้น -ลง น้ำหนักตัวจะขึ้นถึง300 กิโลกรัมเวลาที่คุรนั่งอยู่ที่จุดต่ำสุดของราง
รถไฟเหาะ เพราะที่จุดต่ำสุดของรถไฟเหาะน้ำหนักทั้งหมดของเราจะทิ้งลง
มาทำให้เหมือนว่าเราจะร่วงลงมาแต่มีรถไฟเหาะรองรับน้ำหนักอยู่ทำให้
น้ำหนักทั้งหมดของเราทิ้งมาที่รถไฟตอนอยู่ที่จุดล่างสุด
พลังงานศักย์โน้มถ่วง - พลังงานจลย์
18พลังงานการเคลื่อนที่ของรถไฟเหาะได้มาจากการพลังงานศักย์โน้มถ่วง ที่เนินที่สูงที่สุดซึ่งเป็นเนินแรก พลังงานศํกย์โน้มถ่วงจะมีค่ามากสุด แต่เมื่อรถไฟเหาะเลื่อนลงจากเนินแรก พลังงานศํกย์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์หรือพลังงานการเคลื่อนที่ โดยมีความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ พลังงานจลน์จะมีค่าสูงสุด เมื่อพลังงานศักย์เหลือน้อยที่สุด พลังงานจลน์หรือความเร็วจะทำให้ รถไฟพุ่งต่อไป ยังเนินที่สอง ขณะที่ไต่เนินขึ้นความเร็วจะลดลงและเลื่อนลงจากเนินที่สองลงมาที่ที่เป็นตำแหน่งเริ่มต้นก่อนจะเข้าสู่วงลูบ
เหมือนกับการที่ท่านขี่จักรยานขึ้นเนินเขา พอถึงจุดสูงสุด และปล่อยให้ไหลลงมาจากเนิน ความเร็วของรถจักรยานจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ยิ่งสูงมากเท่าไร ความเร็วของรถทางด้านล่างจะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
เหมือนกับการที่ท่านขี่จักรยานขึ้นเนินเขา พอถึงจุดสูงสุด และปล่อยให้ไหลลงมาจากเนิน ความเร็วของรถจักรยานจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ยิ่งสูงมากเท่าไร ความเร็วของรถทางด้านล่างจะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก - โมเมนตัม
19รถไฟเหาะไม่ได้มีมอเตอร์อยู่บนตัวรถไฟ การเคลื่อนที่ของมันจึงต้องอาศัยแรงโน้มถ่วงของโลก (mg) และโมเมนตัม (P) ที่เกิดจากมวลของรถไฟ เพื่อจะสร้างโมเมนตัมให้มีค่ามากๆ รถไฟเหาะจะต้องถูกยกขึ้นไปบนเนินแรกก่อน
เมื่อรถไฟเหาะเร่งความเร็วขึ้น ท่านจะรู้สึกว่ามีแรงจากพนักพิงดันข้างหลังของท่าน แต่ถ้ารถไฟเหาะลดความเร็วลง หรือเบรกอย่างกระทันหัน ตัวท่านจะพุ่งไปข้างหน้า แต่เนื่องจากท่านยึดกับที่นั่งไว้ ทำให้ท่านไม่หลุดออกจากที่
เมื่อรถไฟเหาะเร่งความเร็วขึ้น ท่านจะรู้สึกว่ามีแรงจากพนักพิงดันข้างหลังของท่าน แต่ถ้ารถไฟเหาะลดความเร็วลง หรือเบรกอย่างกระทันหัน ตัวท่านจะพุ่งไปข้างหน้า แต่เนื่องจากท่านยึดกับที่นั่งไว้ ทำให้ท่านไม่หลุดออกจากที่
20ความรู้สึกในความเร่งนี้เป็นความสนุกสนาน โดยทั่วไปเราเปรียบเทียบความเร่งกับค่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก (ค่า g) ขนาดของความเร่ง 1g มีค่าเท่ากับ ความเร่งโน้มถ่วงวัดบนผิวโลก (9.8 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง)
ในขณะที่รถไฟเหาะกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ผลของความเร่งจะเกิดเป็นแรงที่กระทำบนร่างกายของท่าน เนื่องจากร่างกายของมนุษย์ประกอบด้วยโครงกระดูกหลายชิ้น เชื่อมต่อกันขึ้นมา และมีของเหลวเ21ป็นส่วนประกอบหลักของร่างกาย เมื่อเกิดความเร่งกระทำ ส่วนต่างๆ ย่อมเกิดความเร่งหรือแรงกระทำในทิศทางหรือขนาดที่ไม่เท่ากัน
ในขณะที่รถไฟเหาะกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ผลของความเร่งจะเกิดเป็นแรงที่กระทำบนร่างกายของท่าน เนื่องจากร่างกายของมนุษย์ประกอบด้วยโครงกระดูกหลายชิ้น เชื่อมต่อกันขึ้นมา และมีของเหลวเ21ป็นส่วนประกอบหลักของร่างกาย เมื่อเกิดความเร่งกระทำ ส่วนต่างๆ ย่อมเกิดความเร่งหรือแรงกระทำในทิศทางหรือขนาดที่ไม่เท่ากัน
21เช่น เมื่อรถเร่งขึ้น พนักพิงมีแรงกระทำด้านหลัง กล้ามเนื้อส่วนที่อยู่ด้านหลังก็จะส่งแรงไปด้นอวัยวะภายใน หรือตอนที่รถไฟเหาะพุ่งลงอย่างรวดเร็ว ท่านจะรู้สึกถึงสภาวะไร้น้ำหนัก กระเพาะของท่านจะรู้สึกว่าเบาขึ้น ซึ่งในสภาวะปกติต้องรับน้ำหนักของอาหารโปรดและน้ำหนักของกระเพาะเอง เมื่อมันเบาขึ้นอย่างทันที อาหารที่อยู่ในกระเพาะอาจจะเลื่อนตัวออกมาทางปากของท่านจนหมด ที่เรียกภาษาชาวบ้านว่า อวก ก็เป็นได้
แรงสู่ศูนย์กลาง
22ขณะที่รถไฟเหาะตีลังกาวิ่งเข้าไปในวงลูบ ท่านจะอยู่ในสภาพกลับหัว น้ำหนักของตัวท่านจะดึงท่านลงจากที่นั่ง แต่ที่ไม่ร่วงลงมา เพราะมีอีกแรงหนึ่งที่กระทำอยู่ในแนวรัศมี ดันตัวของท่านขึ้นไปข้างบน ติดกับที่นั่ง แรงนี้เกิดจากความเร่ง และมีทิศทางตรงกันข้ามกับความเร่งโน้มถ่วงของโลก ถ้าความเร่งนี้เท่ากับหรือมากกว่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก น้ำหนักของท่านจะหายไป อยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักชั่ววูบ เมื่อออกจากวงลูบน้ำหนักก็จะปรากฏขึ้นมาอีกครั้ง แรงชนิดนี้มีทิศทางในแนวรัศมี เรียกว่าแรงสู่ศูนย์กลาง เป็นแรงเดียวที่กระทำกับท่านเมื่อท่านนั่งอยู่บนรถไฟเหาะ เมื่อรถไฟเหาะหมุนตีลังกาในวงลูบ
23ให้ท่านทดลองจินตนาการดูว่า เมื่อท่านอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก และกำลังกลับหัวตีลังกาอยู่ จะมีความรู้สึกเหมือนกับนกหรือไม่อย่างไร ในวงลูบขนาดของแรงที่กระทำขึ้นอยู่กับตัวแปร 2 ตัว คือ ความเร็วของรถไฟ และมุมของการหมุน
ปัจจุบันวิศวกรได้ออกแบบให้วงลูบเป็นรูปหยดน้ำตา เมื่อผู้เล่นพุ่งขึ้นไปบนสุด ด้วยโครงสร้างลักษณะนี้มันจะเพิ่มความเร็วของรถขึ้น และมีแรงดันตัวท่านให้ติดกับที่นั่งได้มากขึ้น พอออกจากจุดยอดของหยดน้ำตา รถไฟเหาะจะมีความเร่งลดลง ทำให้ผู้เล่นไม่อึดอัด เปลี่ยนเป็นความสนุกสนาน และอยากกลับมาเล่นรถไฟเหาะนี้อีกครั้งหนึ่ง
23ให้ท่านทดลองจินตนาการดูว่า เมื่อท่านอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก และกำลังกลับหัวตีลังกาอยู่ จะมีความรู้สึกเหมือนกับนกหรือไม่อย่างไร ในวงลูบขนาดของแรงที่กระทำขึ้นอยู่กับตัวแปร 2 ตัว คือ ความเร็วของรถไฟ และมุมของการหมุน
ปัจจุบันวิศวกรได้ออกแบบให้วงลูบเป็นรูปหยดน้ำตา เมื่อผู้เล่นพุ่งขึ้นไปบนสุด ด้วยโครงสร้างลักษณะนี้มันจะเพิ่มความเร็วของรถขึ้น และมีแรงดันตัวท่านให้ติดกับที่นั่งได้มากขึ้น พอออกจากจุดยอดของหยดน้ำตา รถไฟเหาะจะมีความเร่งลดลง ทำให้ผู้เล่นไม่อึดอัด เปลี่ยนเป็นความสนุกสนาน และอยากกลับมาเล่นรถไฟเหาะนี้อีกครั้งหนึ่ง
คณะผู้จัดทำ24
1.นางสาว กิ่งแก้ว โกมล ชั้น ม.4/2 เลขที่29
2.นางสาว ธนาภรณ์ ตั้งสกุล ชั้น ม.4/2 เลขที่31
