Как нарисовать парк аттракционов: Как нарисовать колесо обозрения карандашом поэтапно

Поделиться со всем классом:

• 5-7 6-футовых изоляционных трубок из пенопласта, разрезанных пополам вдоль каждой группы
• 2 рулона малярной ленты
• 2 коробки круглых зубочисток (~ 20 на группу)
• Мрамор 16 мм (по 5 на группу)

Каждой группе необходимо:

Рабочие листы и приложения

Больше подобной программы

Студенты изучают физику, используемую инженерами при проектировании современных американских горок, включая потенциальную и кинетическую энергию, трение и гравитацию. Во время соответствующей деятельности учащиеся проектируют, строят и анализируют модели американских горок, которые они делают из пенопласта и мрамора (в качестве автомобилей).

Старшеклассники узнают, как инженеры математически проектируют дорожки для американских горок, используя подход, согласно которому криволинейная дорожка может быть аппроксимирована последовательностью множества коротких уклонов. Они применяют базовый расчет и теорему работы-энергии для неконсервативных сил для количественной оценки трения вдоль кривой…

Учащиеся создают свои собственные небольшие модели американских горок, используя изоляцию труб и мрамор, а затем анализируют их, используя принципы физики, изученные на соответствующем уроке. Они исследуют преобразование кинетической и потенциальной энергии, а также эффекты трения, чтобы разработать совместимые американские горки…

Постройте небольшой прототип американских горок из пенопласта и мрамора, но примените расчет и физику в конструкции! Эта реальная инженерная задача применяет практическую математику для тестирования малогабаритных моделей на реальном треке.

Введение / Мотивация

Город Ваху хочет построить новый аттракцион «американские горки» в своем городке в рамках празднования своего 300-летия. Для согласованности с круглым числом они хотят, чтобы дизайн был как можно более «зацикленным» при минимальных затратах.Они ищут инженерные решения, которые оптимизировали бы соотношение (затраты на материалы / дюймы диаметра петли) и были эстетически приятными (хорошо выглядели!). Каждая секция американских горок имеет разные характеристики. Некоторые участки имеют очень легкие повороты, в то время как другие имеют более пологие изгибы и повороты. У каждого сценария есть свои ограничения на то, будет он работать или нет.

Процедура

Фон

Американские горки в парках развлечений используют потенциальную энергию и кинетическую энергию.Обычно двигатель тянет «американские горки», чтобы набрать начальную потенциальную энергию. Оказавшись в пиковой точке, никакие двигатели не будут подключены к автомобилю. Автомобиль начинает круто наматывать и петлять по трассе, которая была спроектирована так, чтобы безопасно преобразовывать потенциальную энергию в кинетическую, делая поездку захватывающей.

Если автомобиль проходит петлю-за-петлю и не имеет достаточной кинетической энергии, он не остается на трассе, когда достигает пика петли. Кинетическая энергия измеряется как KE = (mv ² ) / 2, где m — масса объекта, а v — скорость.Потенциальная энергия измеряется как PE = mgh, где m — масса, g — сила тяжести, а h — расстояние над исходной точкой, откуда начинается масса.

В идеале вся потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, но на самом деле этого никогда не происходит, поскольку некоторая часть энергии теряется на трение. Из-за потери энергии пик петель должен быть ниже начальной точки старта машины. См. Таблицу 3 для справочной диаграммы.

Со студентами

Часть 1: Предварительное проектирование и испытания

1. Покажите Рабочий лист 1: Справочную диаграмму в качестве прозрачной пленки ИЛИ сделайте копии и распространите как раздаточный материал для учащихся.Обсудите концепции энергии, проиллюстрированные на рабочем листе.
2. Раздайте Рабочий лист 2: Рекомендации по проектированию и строительству всем учащимся. Просмотрите задачу, критерии разработки и выставление оценок.
3. Обсудите процесс инженерного проектирования (см. Рисунок ниже) и то, как инженеры используют его для проектирования таких конструкций, как американские горки.
4. Разделите класс на группы по три ученика в каждой.
5. Дайте каждой группе 1 шарик, контейнер для сбора мрамора, 1 кусок пенопласта, 1 зубочистку и кусок малярной ленты длиной один фут.
6. Попросите каждую команду спроектировать и протестировать предварительный прототип с использованием предоставленных материалов.
7. По мере тестирования посоветуйте группам спланировать окончательный дизайн и количество материалов, которые им понадобятся. Попросите их набросать свои идеи на бумаге и заполнить количество материалов на Рабочем листе 3: Стоимость и оценочный лист.
8. Через 20 минут попросите учащихся вернуть материалы из предварительных прототипов и получить материалы, которые они перечислили на Рабочем листе 3, из магазина.»Если это будет сделано в два разных часа занятий, материалы могут быть готовы для студентов, когда они прибудут на вторую встречу.

Этапы процесса инженерного проектирования. Авторское право

Copyright © 2019 TeachEngineering.org. Все права защищены.

Часть 2: Окончательный дизайн и тестирование

1. Разрешить закупку дополнительных материалов на первом этапе проектирования и испытаний, около 30 минут. Полученные в магазине материалы не подлежат возврату или обмену.
2. Дайте командам 10 минут на окончательную доработку своих проектов. Дайте каждой группе по 1 наклейке «P» и по 1 наклейке «K». Напомните группам использовать наклейки, чтобы отмечать места на американских горках, которые обладают наибольшей кинетической и потенциальной энергией.
3. Когда время истечет, пусть группы отойдут от своих американских горок. Испытайте каждую американскую горку индивидуально, попросив члена команды отпустить шарик и пробежать через него. Помните, что каждая американская горка должна быть способна стоять самостоятельно, а мрамор должен полностью перемещаться от начала до конца.Разрешите как минимум две попытки на каботажное судно, хотя, если позволяет время, можно провести дополнительные испытания.
4. Укажите «эстетический рейтинг». Попросите каждую группу изучить все дизайны американских горок и составить эстетическую оценку, например, 1-6, если шесть групп, причем 1 — лучшая. На основании ответов группы лидер объявляет рейтинги.
5. Попросите группы измерить диаметр каждой петли американских горок и просуммировать стоимость закупленных материалов в Рабочей таблице 3.
6. Попросите учащихся вычислить отношение диаметра петли к стоимости, а затем сложить эстетический рейтинг.
7. После того, как все группы завершат тесты, придите к консенсусу как класс по результатам. Проведите обсуждение замечаний об эффективных и неэффективных решениях. Была ли более надежная конструкция / конструкция, которая, казалось, работала? Какую роль сыграли потенциальная и кинетическая энергия? Учитывала ли ваша группа структурную целостность наряду с обоснованием наилучшего дизайна? Поездка безопасна?

Словарь / Определения

гравитационная сила: сила, действующая между Землей и объектом, которая притягивает объект к Земле.

кинетическая энергия: энергия, связанная с движением объекта.

потенциальная энергия: энергия, которой обладает объект из-за его относительного местоположения.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Обсуждение: Понаблюдайте за участием учащихся в обсуждении в классе потенциальной и кинетической энергии.

Встроенная оценка деятельности

Наблюдение: Наблюдать за участием и вкладом студентов в группах на предварительных и заключительных этапах проектирования.

Circumferece: Попросите учащихся вычислить длину окружности петель (при условии, что это настоящие круги), используя измеренный диаметр.

Оценка после деятельности

Оценка скорости: Попросите учащихся оценить скорость в точке, где кинетическая энергия самая высокая (самая низкая точка трека). Начните с оценки потенциальной энергии вначале (PE = m * g * h), а затем предположите, что вся эта энергия преобразуется в кинетическую энергию.Решите уравнение для скорости KE = (1/2) mv ² . Примечание: если вы установите два одинаковых (m * g * h = (1/2) mv ² ), вам не нужно измерять массу мяча!

График : Создайте в качестве класса диаграмму рассеяния максимальной высоты каждой дорожки в зависимости от расчетной теоретической скорости. Обсудите взаимосвязь между переменными.

Краткое содержание : Предложите учащимся индивидуально описать свои проекты американских горок с помощью эскизов, объясняя, что сработало, а что нет.Просмотрите их резюме, чтобы оценить глубину их понимания.

Making Sense: Попросите учащихся поразмышлять о научных явлениях, которые они изучали, и / или о научных и инженерных навыках, которые они использовали, выполнив тест «Making Sense».

Вопросы для расследования

• Где в вашей системе наибольшая потенциальная энергия? (Ответ: Наибольший на самом высоком месте.)
• Почему у большинства американских горок есть штопорные повороты, а не петли-петли? (Ответ: требуется много кинетической энергии, чтобы совершить полный оборот по петле-петле.Повороты со штопором [извилистые повороты под гору] просто используют потенциальную энергию для набора скорости в повороте.)
• Как должна быть спроектирована гусеница, чтобы автомобиль оставался в поворотах штопора? (Ответ: гусеница должна быть под углом, наклонена вперед, а не на уровне земли.)

Расширения деятельности

Предложите студентам изучить историю или безопасность американских горок. Когда был представлен первый цикл-де-цикл?

Попросите учащихся вычислить потенциальную энергию мрамора в нескольких местах на их пути.

Масштабирование активности

Для учащихся старших классов назначьте расширения деятельности. Кроме того, пусть они соревнуются за самую быструю поездку по сравнению с длиной каботажного судна.

использованная литература

Марден, Дуэйн. База данных американских горок. Исчерпывающая база данных с возможностью поиска, содержащая информацию и статистические данные о более чем 5000 американских горках по всему миру. http://www.rcdb.com/

авторское право

Авторы

Программа поддержки

Благодарности

Проект финансируется Lucent Technologies Foundation.

Последнее изменение: 5 августа 2021 г.

тематических парков Флориды — откройте для себя лучшие парки развлечений во Флориде

Нет вопросов, Флорида — рай для тематических парков.

Любители острых ощущений любят аттракционы, от которых сердце замирает с каждым дебютом, в то время как традиционалисты стремятся снова и снова кататься на старых версиях. Маленькие дети с нетерпением ждут встречи с героями любимых фильмов и книг в натуральную величину. Даже молодожены найдут развлечение, сделав селфи на фоне сказочных замков.

Тематические парки Флориды торгуют фэнтези для всех возрастов. Кажется, никто не слишком стар или слишком молод, чтобы носить шляпу с ушками Микки, особенно если их имя вышито спереди.

Тематические парки во Флориде привлекают посетителей со всего мира, и чуткий слух улавливает многие языки, на которых говорят гости, бродящие по паркам. Развлечения — это международный язык, и тематические парки Флориды, безусловно, подтверждают это. Международный аэропорт Орландо принимает рейсы из более чем 50 международных направлений.

Орландо — центральный тематический парк, в котором расположены обширные комплексы Disney World и Universal Orlando . Однако во Флориде есть еще много парков развлечений, которые простираются до других частей города и штата, поэтому мы уверены, что вам понравится тематический парк рядом с вами!

Дисней укрепил репутацию тематического парка Флориды, открыв в 1971 году Волшебное королевство, парк-партнер калифорнийского Диснейленда.После этого появились Epcot, Disney’s Hollywood Studios и Animal Kingdom. Волшебное королевство с его сказочными замками и ночными фейерверками остается одним из самых посещаемых парков «Флоридского проекта», как назвал его Уолт Дисней. Дисней никогда не видел, чтобы его видение стало реальностью, потому что он умер в 1966 году.

Кто-то может задаться вопросом, что он подумает о обширном комплексе сегодня с множеством курортов, в том числе оригинальной современной и полинезийской деревней, а также высококлассным Гранд Флоридианцем, оформленным в тихоокеанском северо-западном стиле Wilderness Lodge и прогулкой по дикой природе Animal Kingdom Lodge, а также еще несколько тематических курортов и недорогих отелей. Disney Springs , торгово-развлекательный комплекс, может похвастаться несколькими ресторанами с известными шеф-поварами. Да, еще есть аквапарки.

Еще один популярный парк аттракционов Флориды — Universal Orlando . Волшебный мир Гарри Поттера является частью Острова приключений Universal, а аттракцион с двумя парками посвящен автору Дж.К. Фантастический рассказ Роулинг о мальчике-волшебнике. Не нужно идти дальше за своей волшебной палочкой.

Верный своему названию, Universal отмечает темы фильмов, среди которых Парк Юрского периода и Доктор.Сьюз. Одно из самых популярных ежегодных мероприятий в Universal — это жуткие (и пугающие для некоторых) Halloween Horror Nights. Рядом с CityWalk есть развлечения и рестораны, а в Universal есть пять курортов для размещения гостей, в том числе Hard Rock Hotel.

Также в Орландо находится Seaworld , который помимо шоу диких животных может похвастаться четырьмя американскими горками. Среди них Kraken, безпольные горки, и Mantu, аттракцион, призванный показать, как скат-манта движется по дну океана.В соседнем Lakeland , LEGOLAND — излюбленное место маленьких детей, которым нравятся его аттракционы и другие мероприятия, посвященные культовым строительным блокам. Курорт продолжает тему.

В Tampa , примерно в 75 милях к западу от Orlando , популярный африканский тематический парк Busch Gardens включает выставки животных, развлекательные программы и множество аттракционов. Любители каботажного снаряжения неравнодушны к захватывающим аттракционам Busch Gardens, среди которых Cheetah Hunt, тройное каботажное судно, и Cobra’s Curse, новое, но старомодное стальное каботажное судно для парка развлечений.

Тематические парки Флориды являются достопримечательностями круглый год благодаря знаменитой погоде Флориды. Принесите пончо от дождя, принесите толстовку, но шорты всегда в моде.

забавных вещей, которые можно сделать дома с детьми — в стиле Дорни-парка!

Развлечения дома с детьми — в стиле Дорни-парка!

Застрял дома с детьми и изо всех сил пытается сделать? Мы подумали, что поможем и предложим парк развлечений FUN, чтобы развлечь вашу семью дома.Вот список развлечений с детьми, вдохновленных парком Дорни и Уайлдвотер. Если вы попробуете что-либо, обязательно поделитесь в социальных сетях и отметьте нас @dorneyparkpr, чтобы мы могли увидеть, как это получилось!

Ознакомьтесь с нашим новейшим блогом: 10 подсказок для детей, которые любят Дорни Парк!

Совершите виртуальную поездку на горках

Возможно, прямо сейчас вы не сможете покататься на каких-либо горках в парке Дорни, но почему это может помешать вам получить бабочки в животе и насладиться острыми ощущениями прямо с комфортом собственного дома? На нашей странице на YouTube в Dorney Park & ​​Wildwater Kingdom есть видео от первого лица с американскими горками («Точка обзора», как если бы вы сидели на переднем сиденье).Если у вас есть доступ в Интернет или приложение YouTube на вашем телевизоре, вы можете отправить своих детей в виртуальную поездку (бонусные баллы за реалистичные крики)!

Посмотрите эти видео здесь и выберите свои любимые! Не забудьте нажать кнопку подписки и значок колокольчика, чтобы получать все уведомления о парке Дорни.

Придумайте свой собственный парк развлечений

Соберите строительные блоки или любые материалы, которые у вас есть под рукой, чтобы построить парк развлечений своей детской мечты! Расправьте большой картон и нарисуйте дорожки для гостей между их творческими поездками.

Вам нужно вдохновение для аттракционов и горок в аквапарке? Вот список всех наших достопримечательностей, чтобы получить удовольствие от сока.

Нарисуйте свой собственный парк развлечений.

Если вы не хотите занимать всю свою гостиную целым парком развлечений, попросите детей нарисовать или раскрасить парк своей мечты на бумаге. Карты похожи на лабиринты и обещают приключения. Вопросы-зонды могут помочь детям спланировать свой парк:

• Какие есть аттракционы?
• Есть ли аквапарк?
• Какую пищу люди будут есть? Есть рестораны? Если да, то в помещении они или на улице?
• Какая обстановка в парке? В горах, на берегу океана, в лесу и т. Д.?
• Кто бы пошел? Это для взрослых или только для детей?
• Есть ли в этом парке забавные персонажи?
• Как люди туда попадают? На машине, поезде, лодке или самолете? Может, им нужно место для парковки этих видов транспорта.
• Это парк, который открыт в любое время года? Весна, лето, осень и зима?

Дайте волю своему воображению, создав свой собственный парк развлечений и карту! Не бойтесь использовать карту Dorney Park & ​​Wildwater Kingdom для небольшого вдохновения!

Создайте свой собственный аттракцион

Если справиться с целым парком — это немного, попросите детей вместо этого сконцентрироваться на создании одного аттракциона. Они могут рисовать, раскрашивать или строить! Попросите их подумать об именах, темах, цветах, сумасшедших петлях — обо всем и обо всем! Вот некоторые материалы, которые могут помочь вам начать работу:

• Мрамор для каботажных машин
• Картонные рулоны
• Шенилевые палочки
• Резинки
• Палочки для мороженого
• Малярные ленты или малярная лента
• Пластиковые / бумажные стаканчики, переработанные контейнеры
• Пробки
• Соломинки
• Бумажные тарелки
• Строка
• Зефир и зубочистки
• Ящики для салфеток
• Жёлтая фольга

Попросите детей сконцентрироваться на создании одного # удивительного аттракциона с их собственной тематикой и названием!

Строительство американских горок — отличный семейный проект, который легко реализовать с помощью повседневных предметов домашнего обихода!

Раскрасьте!

Вот несколько бесплатных раскраски знаковых мест парка, а также некоторые из Банды АРАХИСОВ.Нажмите на изображения ниже, чтобы загрузить раскраски для печати.

Если вы попробуете какое-либо из этих веселых занятий, мы будем рады, если вы поделитесь своими шедеврами в социальных сетях и отметьте нас! Мы хотим их увидеть! Мы поделимся некоторыми из замечательных творений, которые мы видим там.

Официальные аккаунты Dorney Park в социальных сетях:

Facebook @DorneyParkPR

Instagram: @DorneyParkPR

Twitter: @DorneyParkPR

YouTube: @DorneyParkPR

Оставайтесь здоровыми, Lehigh Valley.Мы все в этом вместе. Скоро увидимся на полпути!

Автор Tana Korpics

Менеджер, PR и коммуникации

Менеджер, PR и коммуникации

Парк развлечений с физикой

Люди без ума от парков развлечений.Каждый день мы миллионами стекаемся в ближайший парк, платя приличную кучу денег, чтобы выстоять в длинных очередях и устроить короткую 60-секундную поездку на наших любимых американских горках. Эта мысль побуждает задуматься о том, что такого особенного в поездке на американских горках, что вызывает такое всеобщее волнение среди многих из нас и такой ужасный страх у остальных? Мы восхищаемся подстаканниками из-за их высокой скорости? Точно нет! На самом деле, было бы глупо тратить столько времени и денег на катание на американских горках, если бы это было из соображений скорости.Более чем вероятно, что большинство из нас выдерживает более высокие скорости во время поездки по межгосударственному шоссе на пути к парку развлечений, чем когда мы въезжаем в парк. Американские горки вызывают восторг не из-за их скорости, а из-за их ускорений и ощущения невесомости и тяжести, которое они вызывают. Американские горки восхищают нас своей способностью в одно мгновение ускорять нас вниз, а в следующий — вверх; влево в один момент и вправо в следующий. Американские горки — это ускорение; вот что делает их захватывающими.И в этой части Урока 2 мы сосредоточимся на центростремительном ускорении, которое испытывают гонщики на круговых участках трассы американских горок. Эти участки включают петли клотоиды (которые мы будем аппроксимировать как круг), крутые повороты с наклоном на 180 градусов, а также небольшие провалы и холмы, расположенные вдоль прямых участков пути.

Наиболее очевидный участок на американских горках, где происходит центростремительное ускорение, находится внутри так называемых петель клотоиды .Петли американских горок имеют каплевидную форму, геометрически называемую клотоидой. Клотоида — это участок спирали, радиус которого постоянно меняется. В отличие от круглой петли, в которой радиус является постоянным значением, радиус в нижней части петли клотоиды намного больше, чем радиус в верхней части петли клотоиды. Простой осмотр клотоиды показывает, что величина кривизны в нижней части петли меньше, чем величина кривизны в верхней части петли.Чтобы упростить наш анализ физики петель клотоиды, мы будем аппроксимировать петлю клотоиды как серию перекрывающихся или смежных круговых секций. Радиус этих круглых секций уменьшается по мере приближения к вершине петли. Кроме того, мы ограничим наш анализ двумя точками петли клотоиды — верхней частью петли и нижней частью петли. По этой причине наш анализ будет сосредоточен на двух окружностях, которые можно сопоставить с кривизной этих двух участков клотоиды.На диаграмме справа показана клотоидная петля с двумя кругами разного радиуса, вписанными в верхнюю и нижнюю части петли. Обратите внимание, что радиус в нижней части петли значительно больше, чем радиус в верхней части петли.

Когда наездница американских горок движется по клотоидной петле, она испытывает ускорение, связанное как с изменением скорости, так и с изменением направления. Всадник, движущийся вправо, постепенно становится всадником, движущимся вверх, затем всадником, движущимся влево, затем всадником, движущимся вниз, прежде чем, наконец, снова стать всадником, движущимся вправо.Направление всадника постоянно меняется по мере того, как она движется по клотоидной петле. И, как мы узнали из Урока 1, изменение направления — одна из характеристик ускоряющегося объекта. Помимо изменения направления, всадник также меняет скорость. Когда всадник начинает подниматься (подниматься вверх) по петле, она начинает замедляться. Как следует из принципов энергии, увеличение высоты (и, в свою очередь, увеличение потенциальной энергии) приводит к уменьшению кинетической энергии и скорости. И наоборот, уменьшение высоты (и, в свою очередь, уменьшение потенциальной энергии) приводит к увеличению кинетической энергии и скорости.Таким образом, гонщик испытывает наибольшую скорость в нижней части петли — как при входе в петлю, так и при выходе из нее — и наименьшую скорость в верхней части петли.

Это изменение скорости при движении гонщика по петле — второй аспект ускорения, которое испытывает гонщик. Для всадника, движущегося по круговой петле с постоянной скоростью, ускорение можно описать как центростремительное или по направлению к центру круга.В случае, когда всадник движется по некруглой петле с непостоянной скоростью, ускорение всадника состоит из двух компонентов. Есть компонент, который направлен к центру круга ( a _c ) и приписывает себя изменению направления; и есть компонент, который направлен по касательной ( a _t ) к рельсам (либо в противоположном, либо в том же направлении, что и направление движения автомобиля) и приписывает себя изменению скорости автомобиля.Этот тангенциальный компонент будет направлен против направления движения автомобиля при уменьшении его скорости (при подъеме к вершине) и в том же направлении, что и движение автомобиля при увеличении его скорости (при спуске сверху). В самом верху и в самом низу петли ускорение в первую очередь направлено к центру круга. Вверху это будет в направлении вниз, а в нижней части петли — в направлении вверх.

В Уроке 1 мы узнали, что внутреннее ускорение объекта вызывается направленной внутрь силой.Круговое движение (или просто движение по изогнутой траектории) требует внутренней составляющей чистой силы. Если бы все силы, действующие на объект, были сложены вместе как векторы, то итоговая сила была бы направлена ​​внутрь. Если пренебречь трением и сопротивлением воздуха, американские горки будут испытывать две силы: силу тяжести (F _grav ) и нормальную силу (F _norm ). Нормальная сила направлена ​​в направлении, перпендикулярном дорожке, а сила тяжести всегда направлена ​​вниз.Мы будем интересоваться относительной величиной и направлением этих двух сил для верха и низа петли. Внизу петли гусеница с нормальной силой толкает машину вверх. Однако в верхней части петли нормальная сила направлена ​​вниз; поскольку гусеница (источник нормальной силы) находится над автомобилем, она толкает его вниз. Диаграммы свободного тела для этих двух положений показаны на диаграммах справа.

Величину силы тяжести, действующей на пассажира (или автомобиль), можно легко найти с помощью уравнения F _grav = m • g , где g = ускорение свободного падения (9.8 м / с ² ). Величина нормальной силы зависит от двух факторов — скорости автомобиля, радиуса петли и массы всадника. Как показано на диаграмме свободного тела, величина нормы F _{всегда больше внизу петли, чем вверху. Нормальная сила всегда должна быть подходящей величины для объединения с F grav таким образом, чтобы создавать требуемую направленную внутрь или центростремительную чистую силу. Внизу петли F grav указывает наружу от центра петли.Нормальная сила должна быть достаточно большой, чтобы преодолеть эту F grav и предоставить некоторую избыточную силу, чтобы в результате получилась чистая внутренняя сила. В некотором смысле, F grav и F norm находятся в состоянии перетягивания каната; и F norm должен выиграть на сумму, равную чистой силе. В верхней части петли оба F grav и F norm направлены внутрь. F grav находится обычным способом (используя уравнение F grav = m • g). Еще раз, F norm должен обеспечивать достаточную силу для создания требуемой внутренней или центростремительной чистой силы.}

Ранее в Уроке 2 было проиллюстрировано использование второго закона Ньютона и диаграмм свободного тела для построения диаграмм кругового движения. В то время подчеркивалось, что любая физическая ситуация может быть проанализирована с точки зрения индивидуальных сил, действующих на объект. Эти отдельные силы должны складываться как векторы в результирующую силу. Кроме того, результирующая сила должна быть равна массе, умноженной на ускорение. Процесс проведения силового анализа физической ситуации был впервые представлен в Блоке 2 Физического Класса.Теперь мы исследуем использование этих фундаментальных принципов при анализе ситуаций, связанных с движением объектов по окружности. Мы будем использовать базовый подход к решению проблем, который был представлен ранее в Уроке 2. Этот подход можно резюмировать следующим образом.

Совместите анализ сил с вышеуказанным методом, чтобы решить следующую проблему американских горок.

Шаги 1 и 2 включают построение диаграммы свободного тела и идентификацию известных и неизвестных величин. Это показано ниже.

Шаг 3 предлагаемого метода неприменим к этой задаче, поскольку нет сил, направленных «под углом» (то есть все силы направлены либо горизонтально, либо вертикально). Шаг 4 предлагаемого метода включает определение любых известных сил.В этом случае силу тяжести можно определить из уравнения F _grav = m • g . Используя значение g , равное 9,8 м / с ² , сила тяжести, действующая на автомобиль массой 864 кг, составляет приблизительно 8467 Н. Шаг 5 предлагаемого метода будет использован, если бы ускорение не было задано. В этом случае ускорение известно. Если бы ускорение не было известно, его нужно было бы рассчитать на основе информации о скорости и радиусе.

Шаг 6 предлагаемого метода включает определение индивидуальной силы — нормальной силы.Это будет включать двухэтапный процесс: сначала необходимо определить чистую силу (величину и направление); тогда чистая сила должна использоваться со схемой свободного тела для определения нормальной силы. Этот двухэтапный процесс показан ниже для верхней и нижней части цикла.

Обратите внимание, что нормальная сила больше в нижней части петли, чем в верхней части петли. Это становится разумным фактом, если принять во внимание принципы кругового движения.Во всех точках петли, которую мы будем называть круглой по форме, должна присутствовать внутренняя составляющая чистой силы. Когда он находится наверху петли, гравитационная сила направлена ​​внутрь (вниз), и поэтому нет необходимости в нормальной силе для удовлетворения требований чистой центростремительной силы. Находясь в нижней части петли, сила тяжести направлена ​​наружу (вниз), и поэтому теперь требуется большая нормальная сила, направленная вверх, чтобы соответствовать требованиям центростремительной силы.Этот принцип часто демонстрируется на уроках физики с использованием ведра с водой, привязанного к веревке. Вода вращается по вертикальному кругу. По мере того как вода движется по круговой траектории, натяжение струны постоянно меняется. Сила натяжения в этой демонстрации аналогична нормальной силе для райдера американских горок. Вверху вертикального круга сила натяжения очень мала; а внизу вертикального круга сила натяжения очень велика. (Вы можете попробовать это занятие сами на улице с небольшим пластиковым ведром, наполовину наполненным водой.Будьте особенно осторожны, чтобы не приближаться к людям, окнам, деревьям и воздушным линиям электропередач. Повторите столько циклов, чтобы увидеть заметную разницу в силе натяжения, когда ковш находится вверху и внизу круга.)

Если вы когда-либо катались на американских горках и проезжали петлю, то вы, вероятно, испытывали эту небольшую нормальную силу в верхней части петли и большую нормальную силу в нижней части петли. Нормальная сила дает ощущение веса человека .(Как будет обсуждаться позже в Уроке 4, мы никогда не сможем почувствовать свой вес; мы можем только почувствовать другие силы, которые действуют в результате контакта с другими объектами.) Чем больше вы весите, тем более нормальную силу вы испытываете, когда находитесь в отдыхайте на своем месте. Но если вы сядете на американские горки и разгонитесь по кругам (или петлям клотоиды), вы почувствуете нормальную силу, которая постоянно меняется и отличается от той, к которой вы привыкли. Эта нормальная сила дает ощущение или ощущение невесомости или тяжести.Находясь в верхней части петли, всадник будет чувствовать частично невесомым, если нормальные силы станут меньше веса человека. А внизу петли всадник будет чувствовать себя очень «увесистым» из-за повышенных нормальных сил. Важно понимать, что сила тяжести и вес вашего тела не меняются. Меняется только величина поддерживающей нормальной силы! (Явление невесомости будет обсуждаться более подробно позже в Уроке 4.)

За постепенным использованием клотоидных петель в поездках на американских горках стоит интересная история (и физика).На заре создания петель для американских горок использовались круглые петли. Возникло множество проблем, некоторые из которых привели к гибели людей в результате использования этих круговых петель. Машины каботажных судов, входящие в круговые петли на высоких скоростях, столкнулись с чрезмерными нормальными силами, которые могли вызвать хлыстовые травмы и переломы костей. Попытки решить эту проблему за счет снижения входных скоростей привели к тому, что автомобили не смогли пройти весь круг, не выпав из петли при достижении вершины.Снижение скорости по мере того, как автомобили поднимались по большой круговой петле, привело к тому, что каботажные машины превратились в машины-снаряды (ситуация, как известно, не очень хороша для бизнеса). Решение проблемы заключалось в использовании низких входных скоростей и петли с более резкой кривизной вверху, чем внизу. Поскольку петли клотоиды имеют постоянно изменяющийся радиус, радиус большой в нижней части петли и укороченный в верхней части петли. В результате каботажные машины могут выезжать на петли на высоких скоростях; однако из-за большого радиуса нормальные силы не превышают 3.5 G’s . В верхней части петли радиус небольшой, что позволяет более низкоскоростному автомобилю поддерживать контакт с гусеницей и успешно преодолевать петлю. Клотоидная петля является свидетельством применения инженером уравнения центростремительного ускорения — a = v ² / R. Вот и физика для лучшей жизни!

Вышеупомянутое обсуждение и анализ сил применимы к кругообразному движению автомобиля американских горок по клотоидной петле.Второй участок трассы американских горок, где наблюдается круговое движение, проходит по небольшим спускам и холмам. Эти участки дороги часто встречаются в конце катания на американских горках и включают в себя серию небольших холмов, за которыми следует крутой обрыв. Всадники часто чувствуют себя тяжелыми при подъеме на холм (по участкам A и E на схеме ниже). Затем у гребня холма (области B и F) их движение вверх заставляет их чувствовать, как будто они вылетят из машины; часто только ремень безопасности предотвращает такую ​​аварию.Когда автомобиль начинает спускаться по крутому склону, гонщики на мгновение находятся в состоянии свободного падения (по участкам C и G на схеме ниже). И, наконец, когда они достигают дна резкого падения (области D и H), возникает большая восходящая сила, которая замедляет их движение вниз. Цикл часто повторяется безжалостно, взбивая желудки всадников и смешивая послеобеденную сахарную вату с кашицей из …. Эти небольшие провалы и холмы сочетают в себе физику кругового движения с физикой снарядов, чтобы вызвать невероятное ощущение ускорения — быстро меняющиеся величины и направления ускорения.На приведенной ниже диаграмме показаны различные направления ускорений, которые могут возникнуть у гонщиков на этих холмах и спусках.

В разных местах на этих холмах и склонах всадники на мгновение перемещаются по дуге окружности. Дуга является частью круга — эти круги были вписаны на диаграмме выше синим цветом. В каждой из этих областей есть внутренний компонент ускорения (как показано черными стрелками).Это внутреннее ускорение требует, чтобы сила была направлена ​​к центру круга. В области А центростремительная сила создается путем толкания гусеницы перпендикулярно поверхности гусеницы. Вдоль области B центростремительная сила создается силой тяжести и, возможно, даже предохранительным механизмом / стержнем. На особенно высоких скоростях предохранительный стержень должен обеспечивать еще дополнительную направленную вниз силу, чтобы тянуть гонщиков вниз и обеспечивать оставшуюся центростремительную силу, необходимую для кругового движения.На машине также есть колеса, которые обычно заправлены под гусеницу и тянутся гусеницей вниз. Вдоль области D центростремительная сила снова создается нормальной силой гусеницы, толкающей вверх автомобиль.

Величина нормальных сил вдоль этих различных участков зависит от того, насколько круто изгибается рельсовый путь вдоль этого участка (радиус круга), и от скорости автомобиля. Эти две переменные влияют на ускорение в соответствии с уравнением

и, в свою очередь, влияют на чистую силу.Согласно уравнению, большая скорость приводит к большому ускорению и, таким образом, увеличивает потребность в большой чистой силе. А большой радиус (постепенно изогнутый) приводит к небольшому ускорению и, таким образом, снижает потребность в большой чистой силе. Соотношение между скоростью, радиусом, ускорением, массой и чистой силой может использоваться для определения величины силы на сиденье (то есть нормальной силы), действующей на гонщика американских горок на различных участках трассы. Приведенный ниже пример проблемы иллюстрирует эти отношения.В процессе решения проблемы будет использоваться та же стратегия решения проблем, перечисленная выше.

Шаги 1 и 2 включают построение диаграммы свободного тела и идентификацию известных и неизвестных величин. Это показано ниже.

Шаг 3 предлагаемого метода неприменим к этой задаче, поскольку нет сил, направленных «под углом» (то есть все силы направлены либо горизонтально, либо вертикально). Шаг 4 предлагаемого метода включает определение любых известных сил.В этом случае силу тяжести можно определить из уравнения F _grav = m * g . Таким образом, сила тяжести, действующая на автомобиль массой 621 кг, составляет примерно 6086 Н. Шаг 5 предлагаемого метода включает расчет ускорения по заданным значениям скорости и радиуса. Используя уравнение, приведенное в Уроке 1, ускорение можно рассчитать следующим образом:

a = (18,9 м / с) ² / (12,7 м)

а = 28.1 м / с ²

Шаг 6 предлагаемого метода включает определение индивидуальной силы — приложенной силы. Это будет включать двухэтапный процесс: сначала необходимо определить чистую силу (величину и направление); тогда чистая сила должна использоваться со схемой свободного тела для определения приложенной силы. Этот двухэтапный процесс показан ниже.

Этот же метод можно применить к любому участку трассы, в котором водители американских горок на мгновение испытывают круговое движение.

.

1.Анна Литикал катается на «Ударной волне» в Великой Америке. Анна испытывает ускорение вниз 12,5 м / с ² в верхней части петли и ускорение вверх 24,0 м / с ² в нижней части петли. Используйте второй закон Ньютона, чтобы определить нормальную силу, действующую на тело Анны весом 50 кг вверху и внизу петли.

2. Noah Formula едет на американских горках и наталкивается на петлю.Ной движется со скоростью 6 м / с в верхней части петли и 18,0 м / с в нижней части петли. Верхняя часть петли имеет радиус кривизны 3,2 м, а нижняя часть петли имеет радиус кривизны 16,0 м. Используйте второй закон Ньютона, чтобы определить нормальную силу, действующую на 80-килограммовое тело Ноя вверху и внизу петли.

3. Noah Formula едет на старинных американских горках.Ной встречает небольшой холм с радиусом кривизны 12,0 м. На гребне холма Ноя поднимают со своего места и удерживают в машине за поручень безопасности. Если Ной движется со скоростью 14,0 м / с, тогда используйте второй закон Ньютона, чтобы определить силу, приложенную перекладиной безопасности к 80-килограммовому телу Ноя.

4. Анна Литикал катается на «деревянных» американских горках. Анна встречается со дном небольшого провала с радиусом кривизны 15.0 мин. Внизу этого падения Анна движется со скоростью 16,0 м / с и испытывает гораздо большую, чем обычно, нормальную силу. Используйте второй закон Ньютона, чтобы определить нормальную силу, действующую на тело Анны весом 50 кг.

10 лучших семейных уловок в тематическом парке »FamiliesGo!

Тематические парки — это любимые места отдыха для одних семей и места, которых следует избегать любой ценой для других.

Но если у вас есть дети, вы в конечном итоге проведете хотя бы несколько выходных в парках развлечений, будь то гигантский тематический парк или местный парк развлечений.

Вот несколько советов от Международной ассоциации парков развлечений и аттракционов, которые помогут вам сэкономить деньги, избежать очередей и максимально использовать время следующего посещения тематического парка вашей семьей.

10 умных советов по парку развлечений с детьми

1. Планируйте вперед

Проверьте веб-сайт тематического парка, прежде чем отправиться в путь.Он может предлагать скидки на покупку билетов заранее или подсказывать вам время суток или дни недели, когда билеты дешевле.

Например, некоторые из этих парков предлагают билет на полдня во второй половине дня, что может быть всем, что вам нужно, если парк остается открытым допоздна.

Веб-сайт также сообщит вам, предлагает ли парк экспресс-линию или варианты обхода линии (обычно они стоят дороже, но не всегда).

Он также будет указывать на приложения для парковки, которые могут быть полезны для всего, от поиска ванных комнат до информации о том, сколько времени ждать аттракционов и аттракционов, которые вы хотите сделать.

2. Ищите скидки

Начните в отделе кадров. Некоторые компании предлагают билеты со скидкой в ​​региональные парки в качестве привилегии для сотрудников.

Сети быстрого питания, заправочные станции, продуктовые магазины и компании по производству безалкогольных напитков предлагают купоны или скидки в местных парках. На местном туристическом веб-сайте могут быть указаны скидки или пакеты, которые помогут вам сэкономить.

Рассмотрите возможность подписки на парк в Twitter или Facebook в течение нескольких недель перед посещением. Иногда парки направляют своим подписчикам специальные скидки, продленные часы работы или другие дополнительные услуги.

Также проверьте Groupon, Travel Zoo или другие подобные достопримечательности со скидкой, особенно если вы посещаете межсезонье, когда они хотят немного поднять свой бизнес.

3. Имейте приоритетный список

Ваш малыш любит чайные чашки, в то время как у вашего подростка есть , чтобы делать большие горки, а вы и ваш партнер хотите остановиться в новом пивном саду. Составьте список того, что нужно сделать, выясните, у каких будут худшие очереди, и сделайте это, как только приедете.

Находясь дома, вместе с семьей посмотрите на карту и проложите маршрут (от задней части парка к передней), который расставит приоритеты среди пунктов вашего списка.

4. Составьте план расходов

Посещение тематических парков стоит дорого, но при небольшом планировании небольшая трата денег не должна превратиться в взрывной рост кредитных карт.

Это может помочь установить ожидания и ограничения до вашего приезда: вы покупаете обед или приносите его? Будет ли закупка нездоровой пищи? Будете ли вы играть в игры или приносить домой сувениры?

А вы предпочитаете дать детям возможность сдвинуться с места или установить ограничение на количество? Например, вы можете разрешить 10 долларов на игры и одно угощение в день или установить ограничение в 3 игры в день и 15 долларов на сувениры.

В Disney World мы постановили, что сувениры должны быть чем-то, что можно использовать, например, карандашами, ободками, одеждой и т. Д.; никаких мягких игрушек или снежных шаров. В местном парке развлечений мы обычно соглашаемся купить мороженое и хот-доги и говорим «нет» играм.

В определенном возрасте, который вы должны определить для своей семьи, разрешено, чтобы дети приносили свои деньги. Удивительно, насколько разумнее они покупают глупые солнцезащитные очки или стреляют водой в воздушные шары, когда это их деньги.

5. Имейте план B

Когда вы приедете в парк, покажите сотрудников парка младшим детям, чтобы они знали, с кем поговорить, если они заблудились.

С детьми постарше выберите место и время встречи на случай, если вы потеряете друг друга из виду. Сотовые телефоны помогают подросткам и подросткам, но не все хотят, чтобы их дети носили с собой эти дорогие гаджеты на аттракционах, перевернутых вверх ногами или по воде.

Убедитесь, что ваши дети знают номер вашего мобильного телефона или имеют его.

Еще до того, как Tween Traveler стала достаточно взрослой, чтобы знать наши номера телефонов, я использовал, чтобы засовывать свою визитку или приколотить лист бумаги ей в карман.Другие родители используют маркер на руке или ноге. У действительно хороших планировщиков есть наклейки или браслеты. Все, что работает!

Некоторые родители также фотографируют своих детей перед парком, чтобы при необходимости они могли показать работникам, как они выглядят и во что одеты.

6. Идите против потока

Большинство людей идут в тематический парк и направляются к первому, что они видят (обычно справа), и прокладывают себе путь к задней части парка.

Направляйтесь в заднюю часть парка и двигайтесь вперед, и вы можете просто обойти самые ужасные толпы.

7. Будьте там, где другие не любят

Если вы плотно позавтракаете и возьмете с собой закуски, вы можете отправиться на популярные аттракционы, пока все остальные будут обедать.

Если вы приехали на более чем один день, используйте второй день, чтобы на второй (или третий) прокатиться на ваших любимых аттракционах, в то время как все остальные выстраиваются в очередь на большой парад или смотрят фейерверк стоя.

Воспользуйтесь приложением парка, чтобы узнать, на какие аттракционы сейчас самые короткие очереди.

Воспользуйтесь преимуществом первого часа после открытия и последнего часа перед закрытием, когда толпы меньше.

8. Отправьте свои сувениры

Вы позволили покупкам ускользнуть от вас, а затем поняли, что не хотите носить с собой эту сувенирную рамку / пивную кружку / платье принцессы? Спросите, отправят ли они его вам.