롤러코스터 열차가 떨어지거나 탈선하지 않는 원리는 무엇인가요?

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 롤러코스터는 처음 타면 기계에서 일정 위치까지 열차를 올라가게 하고 그 다음에는 위치에너지를 운동에너지로 전환하여서 운행하게 되는 것입니다. 그런데 이런 운동에너지에 의해서 과하거나 하면 열차가 탈선이 이루어 질수 있어서 중간중간에 안전 장치를 해 놓았다고 합니다. 첫째는 열차가 움직이는 중간중간 레일에 속도측정기가 있어서 속도를 측정하여서 일정 속도 이상이면 브레이크를 사용하여서 조절하고 또한, 롤러코스터 바퀴가 레일일 감싸는 형태 또는 레일이 바퀴를 감싸는 형태등으로 만들어서 이탈되지 않게 잡아주는 장치도 있습니다. 그래서 탈선하지 않는 것입니다.

안녕하세요. 설재훈 과학전문가입니다. 과학적 원리로 인해 원운동은 물체가 바깥으로 달아나려고 하는 원심력과 원의 중심으로 물체를 끌어당기는 구심력이 함께 작용 롤러코스터 안의 사람은 구심력과 지구의 중력을 함께 받고 있지만 반대방향으로 같은 크기의 원심력을 동시에 작용 받기 때문에 사람이 떨어지지 않아요

안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.

원심력에 의하여 포물선 운동을 하게 되기 때문에 떨어지지 않게 됩니다.

하지만 이 원심력이 없어진 상대로 표면과 반대편에 있을 경우 추락하게 되는 것은 맞습니다.

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

롤러코스터를 탈 때 우리가 공중에 거꾸로 매달려 있어도 떨어지지 않는 것은 원심력과 중력이 같기 때문이다. 예를 들어, 물이 든 양동이에 끈을 매달고 돌리면 물이 쏟아지지 않는다. 양동이의 물은 힘이 작용하지 않으면 그 상태를 유지하려 한다. 즉, 직선운동을 계속 하려고 한다. 이것은 양동이 끈을 놓쳐버리는 경우로 생각할 수 있다. 이때 양동이는 원의 중심방향과 반대 방향으로 퉁겨 나가지 않고 접선 방향의 포물선운동을 한다.

원운동에서 물체에 작용하는 힘의 방향은 원의 중심이다. 즉 원의 중심 방향으로 작용하는 구심력이 원의 접선 방향으로 날아가려는 양동이의 운동을 일정한 원운동으로 만들어 주는 것이다.

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.롤러코스터는 열차의 무게와 속도, 곡선의 모양, 지지대의 위치 등을 고려하여 설계됩니다. 열차의 무게는 곡선에서 열차가 탈선하지 않도록 하기 위해 충분히 커야 합니다. 열차의 속도는 곡선에서 열차가 떨어지지 않도록 하기 위해 충분히 커야 합니다. 곡선의 모양은 열차가 탈선하지 않도록 하기 위해 부드럽게 이루어져야 합니다. 지지대의 위치는 열차가 떨어지지 않도록 하기 위해 충분히 튼튼해야 합니다.

롤러코스터는 이러한 원리들을 고려하여 설계되기 때문에, 열차는 떨어지거나 탈선하지 않습니다.

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

롤러코스터 열차가 떨어지거나 탈선하지 않는 원리는 여러 가지 요인에 의해 결정됩니다. 가장 중요한 것은 열차의 디자인과 트랙의 구조입니다.

롤러코스터 트랙은 곡선, 올라갈 때와 내려갈 때의 경사, 그리고 반대 방향으로 움직이는 트랙 등 다양한 요소로 구성됩니다. 이러한 구조는 열차가 안전하게 움직일 수 있도록 설계되어 있습니다.

또한, 열차 자체도 안전성이 고려된 디자인으로 만들어집니다. 열차의 무게 중심이 낮게 위치하도록 설계되어 있어서 불균형으로 인한 역학적인 문제를 방지하고, 안전 장치가 설치되어 있어서 열차가 트랙에서 벗어나지 않도록 보호합니다.

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

롤러코스터는 중력과 마찰의 균형에 의해 탈선하지 않습니다. 롤러코스터는 모터에 의해 지상에서 일정한 높이까지 끌어올려짐으로써 상당한 위치에너지를 얻습니다. 일정한 높이까지 올려진 후에는 중력에 의해 아래로 떨어지면서 가지고 있던 위치에너지를 운동 에너지로 변화시키기 때문에 점점 속력이 빨라집니다. 롤러코스터가 내리막길을 내려갈 때는 속도가 너무 빨라지면 탈선할 수 있기 때문에, 곡선으로 된 길을 따라 내려가면서 속도를 줄입니다. 또한 롤러코스터는 바퀴와 레일 사이에 마찰이 발생하기 때문에 곡선으로 된 길을 따라 내려가더라도 탈선하지 않습니다.