01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Технические науки
5 февраля
Аттракционы по науке

За работой каких законов природы можно понаблюдать в парке аттракционов

REUTERS/Enrique Castro-Mendivil

Почему нам нравится быть напуганными, какие силы позволяют нам не упасть вниз с американских горок и почему нас укачивает, рассказывает Indicator.Ru, рассмотревший популярные аттракционы с точки зрения науки.

Сейчас только середина зимы, но многим уже хочется, чтобы поскорее наступило лето. Давайте перенесемся в него, а еще лучше — в парк аттракционов.

Американские горки

Американские горки, наверное, самый популярный аттракцион в парке развлечений. «Американскими» горки зовут только русскоязычные любители острых ощущений, для жителей других стран они — «русские». Дело в том, что аттракцион в современном виде был сконструирован в США, его запатентовал американский инженер Джон Тейлор под названием «Наклонная железная дорога» (Inclined Railway), а запущены горки впервые были в 1884 году.

A75ef62f778176a38a48569f1229659b2024b5c7
Американские горки, установленные на Кони-Айленде в 1884 году
Wikimedia Commons

Самым древним прообразом «русских» горок считается столь любимое нашими предками катание зимой на санках. Чуть ближним упоминанием считаются горки, установленные Екатериной Великой в Ораниенбауме, недалеко от Петербурга, в 1784 году. Другие историки говорят, что первые русские горки были установлены в 1812 году Париже под названием Les Montagnes Russes à Belleville — Русские горки в Бельвиле.

Aef2d7f314cc01391f3814ff071761dc361f9ac6
Kingda Ka, самые высокие и вторые по скорости «американские горки» (Нью-Джерси, США)
Dusso Janladde/Wikimedia Commons

На этом аттракционе есть два особо щекотливых момента: когда на большой скорости пассажиры летят с крутого подъема и когда тележки переворачиваются вверх дном, проезжая так называемую мертвую петлю.

Спасает только ремень безопасности?

Когда несущиеся вагончики входят в мертвую петлю, они и сидящие в них пассажиры переворачиваются вниз головой, но, к счастью, не падают на землю. Происходит это не только потому, что тележки крепятся к рельсу особым образом и людям опускают на плечи специальные перекладины.

5450d28a234b431e1daae37a16c862844d95b447
Крепление вагонетки к рельсу
Wikimedia Commons

Здесь имеет место действие нескольких сил: инерционной, центростремительной и силы тяжести. Сумма силы инерции и центростремительной силы называется центробежной силой. Чтобы человек не вывалился из сидения, в верхней мертвой точке сила тяжести должна быть меньше, чем центробежная сила. Для этого при прохождении через мертвую петлю вагонетка должна иметь достаточный импульс. Это не значит, что можно смело снимать с себя защитную перекладину, катаясь на американских горках. Кроме того, не забывайте, что освободить вас может только смотритель аттракциона, и только на земле.

В любой непонятной ситуации — кричи

Катаясь на американских горках, вы непременно почувствуете выброс адреналина — гормона, который вырабатывается в надпочечниках. Адреналин вызывает сужение сосудов кожи и кишечника, но расширяет сосуды мозга, сердца и скелетных мышц. У человека учащается сердцебиение, снижается аппетит, пересыхает во рту и просто «дух захватывает».

Подъем вагончиков на большую высоту осуществляется за счет цепного привода. А когда тележки преодолевают пик подъема и начинают спуск, то пассажиры получают не только выброс адреналина, но и ощущение, что внутри все сжимается и тело находится в невесомости. Это происходит, потому что в момент спуска тело находится в свободном падении, при котором на человека действует только гравитация. Обычно люди ощущают свой вес, потому что пол или стул отталкивают тело, но во время свободного падения эта сила не действует. Истошные вопли, доносящиеся со стороны этого аттракциона, — результат того, что люди падают вниз с ускорением, в среднем составляющим 9,8 м/c2.

Крики пассажиров умолкают, и тележки замедляют ход. Вагонетки останавливаются с помощью тормозов, работающих за счет силы трения, которая превращает кинетическую энергию, энергию движения, в тепловую.

Комната страха

Следующий пункт маршрута — аттракцион под названием «Комната страха». Но почему мы так хотим испугаться? Почему людям вообще нравится бояться? Поход в комнату страха также не обходится без выброса адреналина у особо впечатлительных людей. Однако то, что адреналин улучшает настроение, не совсем верно.

«Адреналин сам по себе не обладает психоактивным действием. Но зато при испуге увеличивается синтез эндорфинов — они понадобятся на тот случай, если человек или животное получит травму, чтобы не умереть от болевого шока. Поскольку в комнате ужасов болевой шок нам не грозит, то невостребованные эндорфины вызывают повышение настроения, после того как мы из этой комнаты страха благополучно спаслись», — комментирует биолог Ася Казанцева.

Получается, что главное условие получения такого удовольствия — знать, что вы в безопасной обстановке и вам не угрожает реальная опасность. Пощекотать себе нервы можно не только с помощью аттракционов. Просмотр фильма ужасов в подходящей атмосфере может вызвать такие же эмоции.

Колесо обозрения

Первое колесо обозрения построил в 1893 году инженер Джордж Феррис. Оно было придумано как ответ американцев на башню Эйфеля в Париже. Колесо, диаметр которого составлял 75 метров, а масса — несколько тысяч тонн, приводилось в движение с помощью двух паровых машин. К его ободу было прикреплено 36 кабин, каждая была размером с автобус. Стержень для поддержки всей конструкции был настолько тяжелым, что пришлось специально проложить железную дорогу, чтобы доставить его на паровозе к месту стройки.

D2b251e0238f95857b1fc076cc7e5a7db4c6f9c1
Колесо обозрения Джорджа Ферриса, сконструированное им к Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году
Архив New York Times

В России колесо обозрения часто называют чертовым колесом. Скорее всего, такое прозвище привязалось из-за советского мультфильма «Ну, погоди!». В одном из эпизодов Волк катается на колесе обозрения, а за кадром звучит песня Муслима Магомаева «Чертово колесо».

Интересно, что чертовым колесом раньше в России называли совсем другой аттракцион, представляющий собой горизонтальное колесо. Люди залезали на чертово колесо, оно раскручивалось и разбрасывало их в разные стороны благодаря центробежной силе.

Застрял? Расслабься и получай удовольствие

Сейчас, разумеется, колесо обозрения работает на электричестве, а не с помощью паровых машин. И если вдруг электричество по каким-то причинам отключится, а вы застрянете на вершине аттракциона, то можете расслабиться и наслаждаться видом: смотрителям парка не составит труда помочь вам. Для начала механик поднимется к центру колеса по служебной лестнице, чтобы отключить тормоз, так как при сбое в электроснабжении тормозные колодки сжимаются и блокируют вращательный вал колеса — аттракцион останавливается. Для отключения тормоза колодки необходимо отжать.

Чтобы вернуть вас на землю, спасатели вручную будут крутить громадное колесо. Но как несколько людей смогут сдвинуть с места конструкцию массой более 200 тонн? Здесь действует принцип рычага, который позволяет человеку поднимать тяжести, во много раз превосходящие массу его собственного тела. В случае с колесом роль рычага играет внешний диск конструкции, а точкой опоры служит центральная ось. Чем длиннее плечо силы (расстояние от точки опоры до точки действия), тем меньшее усилие нужно приложить, чтобы сдвинуть предмет с места. Поэтому аттракцион вполне может работать с помощью людей, правда, в этом случае один оборот колеса займет в два раза больше времени.

Карусель

Вы подошли к детской карусели, где, сидя на разноцветных креслах в форме животных, кружатся счастливые дети. Интересно, что эта детская забава выросла из рыцарских турниров. Карусель стала использоваться для тренировки конных воинов около десяти веков назад. Платформа приводилась в движение человеком или лошадьми.

Физика на карусели

Одному из детей на карусели становится скучно, и он, пока не никто не видит, решает покинуть свою «лошадку». Непоседливый ребенок идет вперед по направлению движения карусели. В этом случае дитя относительно наблюдающей за ним мамы двигается со скоростью, равной сумме скорости движения вдоль окружности и скорости, действующей по касательной к окружности.

Теперь ребенок под угрожающие крики мамы решил направиться к центру карусели, держась за ведущий к нему поручень. В этом случае ребенок будет совершать работу против центробежной силы. Также на него будет действовать сила Кориолиса, стремящаяся «снести» ребенка вбок, отклонив его движение от радиального направления. Ребенок, прилагая усилие к поручню, тем самым будет противодействовать этому «сносу» и раскручивать карусель.

«Все вертится, и кружится, и несется кувырком…»

Зачастую поход в парк аттракционов омрачается чувством тошноты. Почему, прокатившись на карусели, некоторые люди чувствуют себя отлично, а некоторые бегут в ближайший туалет? Все дело в вестибулярном аппарате. Этот крошечный орган расположен в улитке внутреннего уха, в полукружных каналах, заполненных жидкостью — эндолимфой. Вестибулярная система помогает человеку ориентироваться в пространстве. При изменении положения тела чувствительные волоски на стенках каналов реагируют на колебания эндолимфы и смещение отолитов (кристалликов карбоната кальция) и посылают сигнал в мозг.

159f0acf0dd7a1ef88d61ea97f778c36496d4867
Вестибулярный аппарат
Wikimedia Commons

При катании на карусели чувствительные волоски вестибулярного аппарата «говорят» мозгу, что мы не двигаемся, а глаза видят, что все вокруг кружится. В мозг поступает противоречивая информация, и возникает то самое чувство укачивания. Но почему при таком конфликте глаз и вестибулярного аппарата возникает чувство тошноты? Существует предположение, что нервный импульс, поступающий от рецепторов вестибулярного аппарата к головному мозгу, стимулирует рвотный центр, который, как считается, находится в продолговатом мозге.

Если вы уверены, что в вашем случае укачивание не связано с серьезными проблемами со здоровьем, то можно попробовать «тренировать» свой вестибулярный аппарат. Наиболее подходящие виды спорта для людей, которых часто укачивает, — это аэробика, различные игры с мячом и бег. Для более эффективной тренировки вестибулярного аппарата врачи рекомендуют бегать с чередованием скорости. В качестве разминки полезно делать кувырки, повороты туловища и наклоны головы. А также стоит почаще посещать парки аттракционов.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое