La física d’anar ràpid, però no massa ràpid, en un tobogan gegant


Realment, l’única diferència és que es tracta d’un camí de corba cap avall amb el centre d’aquesta corba circular per sota de la diapositiva en lloc de per sobre. (Una vegada més, la forma de C grisa representa la trajectòria del genet al tobogan i la trajectòria circular del seu cos, i el punt és el centre del cercle.) Això vol dir que l’acceleració centrípeta també és en direcció descendent i cap a el centre del cercle.

Com que l’acceleració ha canviat de sentit, la força normal (N) ha de ser menys que la component radial de la força gravitatòria, que està estirant la persona cap avall cap a la Terra. Què passa quan la força normal es redueix?

Recordeu que per tal que un genet es mogui en un camí circular, cal que hi hagi una força neta que apunti cap al centre del cercle, que sigui cap avall per a una llisca cap avall. Com que la força de fricció és sempre tangent a la trajectòria de lliscament, aquesta força radial neta, que anomenem força centrípeta, està formada per la força normal (allunyament) i una component de la força gravitatòria (estirant cap al centre).

Si la velocitat del genet és prou lenta, no necessiteu una força centrípeta molt gran per moure’ls en cercle. Només el component de la força gravitatòria podria ser suficient per aconseguir-ho. La força normal del tobogan podria ser un petit valor que s’allunya.

Si la velocitat del genet és massa ràpida, aleshores la força gravitatòria sola no seria suficient per produir un moviment circular. Necessites la força normal també estirar cap al centre del cercle. Però les diapositives no ho fan: només s’allunyen. Això vol dir que l’ésser humà lliscant en realitat no es mourà en cercle, sinó per un camí parabòlic a mesura que abandonen la superfície del tobogan i es mouen a l’aire, almenys durant un breu temps, fins que tornen a xocar contra el tobogan. Això és el que va passar amb els corredors de llisca de Detroit.

Modelem el moviment d’una persona en una diapositiva corbada cap avall. Vaig a començar amb un genet al capdamunt d’una corba. Podeu veure que en algun moment la persona vola fora de la pista i es converteix en un projectil en caiguda lliure:

Vídeo: Rhett Allain

La velocitat de la persona quan comença el seu viatge és important. Si una persona comença la corba cap avall amb una velocitat prou alta, volarà fora de la pista, però el valor exacte de la velocitat que farà que la persona surti de la pista depèn de l’angle inicial i final de la corba de la diapositiva.

Si voleu mantenir els vostres genets al tobogan, heu d’augmentar el coeficient de fricció entre ells i el tobogan. Al final, el Departament de Recursos Naturals de Michigan, que gestiona Belle Isle Park, ha publicat un vídeo a Facebook explicant les actualitzacions que han fet: “Hem netejat la superfície i hem començat a ruixar una mica d’aigua al tobogan entre passejades per ajudar a controlar la velocitat”, van escriure. També insten els motoristes a inclinar-se cap endavant, cosa que un empleat del parc demostra al vídeo.

Per què aigua? L’aigua és realment una mica enganxosa, de manera que només afegir-hi una mica podria augmentar la fricció a causa de la seva naturalesa cohesionada. (Per descomptat, afegir prou per crear un tobogan aquàtic complet podria reduir la fricció i fer que el genet sigui encara més ràpid, però això necessitaria un lot més aigua.)

Inclinar-se cap endavant podria ajudar a assegurar-se que el pes de cada genet estigui al sac de tela de les cames. Els sacs estan fets d’arpillera, que es raspa i proporciona una mica de fricció, i com que tots els pilots han de portar aquests sacs, això fa que la superfície sigui més consistent i coneguda que qualsevol roba que portin els genets. Demanant-los que s’inclinin cap endavant s’assegura que l’arpillera estigui en contacte amb el tobogan, no amb el material que forma la camisa de la persona, que és el que passaria si s’inclinés cap enrere.

Si els operadors del parc volen ser encara més creatius, una altra opció seria fer que els genets llisquin mentre porten alguna cosa que no siguin aquells sacs d’arpillera, potser alguna cosa amb una mica de goma per augmentar la interacció de fricció. També és possible que una capa de pintura augmenti el coeficient de fricció.

Feliç lliscament!