تُعدّ القطارات الأفعوانية منشأة شائعة للغاية في مدن الملاهي في جميع أنحاء العالم. من حركة القطارات الأفعُوانية ضمن المسار الحديديّ، يمكننا أن نتعلم الكثير عن قوانين الفيزياء، بما في ذلك الزخم، الجاذبية، التسارع، الطاقة والحركة الدائرية. يشرحُ الفيديو التالي حركة القطار الأفعوانيّ وقوانين الفيزياء المتعلقة بها. يحتوي الفيديو على دبلجة باللغة الإنجليزية، لذلك قمنا بإضافة الترجمة والشرح في تكملة الصفحة.
هذا الفيديو مأخوذ من Dr. Dan Izzo. اضغطوا هنا لزيارة موقعه
يعمل القطار الأفعوانيّ وفقًا لمبادئ الجاذبية والزخم (زخم الحركة) لسحب عربات المسافرين نحو الأعلى والأسفل في المنعطفات الحادة والالتفافات. في بداية الرحلة، يتمّ سحب القطار الأفعوانيّ النموذجيّ بمساعدة ناقلة فوق المسار الحديديّ إلى نقطة عالية. من ثم تسحب قوة الجاذبية القطار نحو الأسفل ويصل إلى سرعة تصل إلى 110 كم / ساعة. الحلقة في القطار الأفعوانيّ ليست دائرية ولكنها تأتي على شكل قطرة معكوسة. يسمح هذا النموذج بإنشاء قوة طردٍ مركزية والتي تغلب قوة الجاذبية، مما يسمح بإبقاء القطار الأفعوانيّ وركابه على المسار. تُؤدي المنعطفات الحادة عند السرعات العالية لإنتاج قوى قد تقوم بإسقاط القطار من المسار. لضمان الأمان والسلامة هنالك 3 أنظمة عجلات. تتحرك عجلات الطرق على المسار، تتحرك عجلات الفرامل العلوية تحت المسار، والعجلات الرائدة التي تمنع القطار من الانفصال عن المسار نحو الأطراف.
اعتبارات الطاقة: عندما يرتفع القطار الأفعوانيّ في السير الناقل، يتم استثمار الطاقة لجذبه إلى نقطة الإمكانات العالية. عندما يكون القطار في قمة الارتفاع، فإنّ الطاقة الموجودة في النظام تكون عبارة عن طاقةٍ كامنة – طاقة الارتفاع وسرعتها الدنيا - الطاقة الحركية تساوي صفرًا. عندما ينزل القطار الأفعوانيّ بقوة الجاذبية، تتحول الطاقة الكامنة إلى حركية، مما يؤدي إلى زيادة السرعة حتى الوصول إلى نقطة منخفضة حيث تكون الطاقة الكامنة في الحد الأدنى والطاقة الحركية في الحد الأقصى - سرعة الذروة. لهذه الاعتبارات، من المهم إضافة قوة الاحتكاك التي تهدر الطاقة طوال الرحلة وتحولها إلى طاقةٍ حرارية.
قوة الطرد المركزي: عندما يتحرك القطار في منعطف أو في التفاف، يُطلق على هذه الحركة الحركة الدائرية ويتمّ تفعيل القوة باتجاه مركز القناة الذي يخلقه مسار القطار. تدفع هذه القوة في حالة الدوران القطار نحو المسار وتمنع سقوطه. في حالة منحنى الطاقة هذا، يتم دفع القطار الأفعوانيّ تجاه خارج المسار (جانبيًا) بحيث يوجد هناك نظام للعجلات مصمم لمنع القطار من السقوط. إذا أخذتم قنينة ماء معكم أثناء ركوب القطار الأفعوانيّ سوف ترون أنه في مرحلة الالتفاف عندما تتواجدون بشكلٍ معاكس مقارنة بالأرض، سوف تظل المياه في نفس الجزء من القنينة ولا يتمّ سكبها بسبب قوة الطرد المركزيّ.
السرعة الحرجة: في مرحلة معينة، يجب الوصول أثناء الالتفاف إلى السرعة القصوى (الحرجة) لتكون قوة الطرد المركزي قوية بما يكفي للتغلب على قوة الجاذبية ومنع الركاب من السقوط من القطار.
الزخم (Momentum): هو حجم فيزيائيّ يتكون من سرعة وكتلة الجسم ويحدد "قوة الحركة" الخاصة بالجسم. الزخم هو شيء مهم جدا في حركة القطارات. من المهم أن يكون الزخم قويًا بما فيه الكفاية حتى لا يتوقف القطار في منتصف الرحلة. يمكننا القول إنه من المهم أن تكون الطاقة الحركية في نهاية الهبوط كبيرة بما فيه الكفاية حتى تُتيح السرعة وجود الزخم الذي يُتيح للقطار الأفعوانيّ إكمال مساره.
للمزيد من المعلومات حول القطارات الأفعوانية، اضغطوا هنا
إعداد: إيريز غارتي
قسم الكيمياء البيولوجية
معهد وايزمان للعلوم
الترجمة للعربيّة: بنان مواسي
ملاحظة لمُتصفحي الموقع
إذا كنتم تعتقدون أنّ التفسيرات المرفقة غير واضحة بما فيه الكفاية أو إذا كانت لديكم تساؤلات ذات صلة بالموضوع، ندعوكم لكتابة ذلك في المنتدى. سنقوم بالتطرق إلى ملاحظاتكم. نرحب دائمًا باقتراحات لتحسين الموقع وبالنقد البناء بكل سرور.