La física de moverse rápido, pero no demasiado rápido, en un tobogán gigante

Realmente, la única diferencia es que es un camino curvo hacia abajo con el centro de esa curva circular debajo del tobogán, no arriba. (Nuevamente, la forma de C gris representa el camino del corredor a lo largo de la pista y la trayectoria circular de su cuerpo, y el punto es el centro del círculo). Esto significa que la aceleración centrípeta también es hacia abajo y hacia el centro del círculo. .

Dado que la aceleración tiene direcciones inversas, la fuerza normal (N) debe ser menos que la componente radial de la fuerza gravitatoria que atrae a la persona hacia la Tierra. ¿Qué sucede cuando la fuerza normal disminuye?

Recuerde que para hacer que el ciclista se mueva en una trayectoria circular, debe haber una fuerza total dirigida hacia el centro del círculo, que es hacia abajo para un deslizamiento curvo hacia abajo. Dado que la fuerza de fricción siempre es tangencial a la trayectoria de deslizamiento, esta fuerza radial neta, que llamamos fuerza centrípeta, está compuesta por la fuerza normal (repulsiva) y un componente de la fuerza gravitatoria (tirando hacia el centro).

Si la velocidad del ciclista es lo suficientemente baja, no necesita una fuerza centrípeta muy grande para moverlo en un círculo. El componente de fuerza gravitacional por sí solo puede ser suficiente para lograr esto. La fuerza normal del control deslizante puede ser solo un valor pequeño que repele.

Si la velocidad del ciclista se vuelve demasiado alta, entonces la fuerza de la gravedad por sí sola no será suficiente para crear un movimiento circular. Necesitarás fuerza normal, para también arrastre hasta el centro del círculo. Pero las diapositivas no hacen eso: solo se repelen. Esto significa que la persona que se desliza no viajará en círculos, sino en una trayectoria parabólica cuando abandone la superficie del tobogán y se eleve en el aire, al menos brevemente, hasta que vuelva a estrellarse contra el tobogán. Eso es lo que pasó con las montañas rusas de Detroit.

Modelemos el movimiento de una persona en un tobogán que se curva hacia abajo. Comenzaré con un ciclista en la parte superior de una curva. Puedes ver que en un momento el hombre sale volando de la pista y se convierte en un proyectil en caída libre:

La velocidad de la persona cuando inicia su recorrido es importante. Si una persona comienza la pendiente descendente a una velocidad lo suficientemente alta, saldrá volando de la pista, pero el valor exacto de la velocidad que hará que la persona se salga de la pista depende de los ángulos de inicio y fin de la curva de deslizamiento.

Si desea mantener a sus pasajeros en el tobogán, debe aumentar el coeficiente de fricción entre ellos y el tobogán.Después de todo, el Departamento de Recursos Naturales de Michigan, que administra Belle Isle Park, publicó un video en Facebook explicando las actualizaciones que han hecho: "Fregamos la superficie y comenzamos a rociar un poco de agua en el tobogán entre juegos para ayudar a controlar la velocidad”, escribieron. También instan a los pasajeros a inclinarse hacia adelante, lo que demuestra un empleado del parque en el video.

¿Por qué agua? El agua es en realidad un poco pegajosa, por lo que solo agregar un poco puede aumentar la fricción debido a su naturaleza cohesiva. (Por supuesto, agregar lo suficiente para crear un tobogán de agua completo puede reducir la fricción y hacer que el ciclista sea aún más rápido, pero tomará un tiempo). mucho mas agua.)

Inclinarse hacia adelante puede ayudar a garantizar que el peso de cada ciclista esté sobre la lona sobre sus pies. Los sacos están hechos de arpillera, que raya y proporciona algo de fricción, y dado que todos los ciclistas tienen que usar estos sacos, crea una superficie más consistente y familiar que cualquier ropa que lleven los ciclistas. la arpillera está en contacto con el tobogán, no el material del que está hecha la camisa de la persona, lo que sucedería si se recostara.

Si los operadores del parque quieren ser aún más creativos, otra opción sería que los ciclistas se deslicen mientras usan algo que no sean esas bolsas de arpillera, tal vez algo con un poco de goma para aumentar la interacción de fricción. También es posible que una capa de pintura pueda aumentar el coeficiente de fricción.

¡Feliz deslizamiento!