ترن هوایی_ جلسه هفتم

در این جلسه، که جلسه پایانی کار ما نیز می باشد، می خواهیم آخرین بخش از یک ترن را به شما معرفی کرده و با هم به ساخت آن بپردازیم.

مواجهه تجربی با این بخش از یک ترن نیازمند شجاعت زیادی است و شاید هر کسی جرات تجربه کردن آن را نداشته باشد. اما اگر فکر می کنید تحمل آدرنالین آن را دارید پس با ما همراه شوید!

احتمالا حدس زده اید که در این قسمت می خواهیم به سراغ حلقه مرگ برویم! حلقه ای که ترن در آن 360 درجه کامل می چرخد و سر نشینان آن در لحظه به طور کامل سر و ته قرار می گیرند!

احتمالا هرگاه به این منظره نگاه می کنید با خود می اندیشید که چگونه سرنشینان نمی افتند؟ چگونه خود ترن روی ریل می ماند؟

برای درک این موضوع آزمایش زیر را انجام دهید:

  فعالیت:
سطلی را پر از آب نمایید و به دسته آن طنابی را محکم ببندید. البته قبل از شروع کار از محکم بودن دسته و طناب مطمئن شوید. بهتر است این آزمایش در فضای باز انجام شود.
اکنون در فضایی باز بایستید و با بیشترین سرعتی که می توانید دست خود را در حالی که سطل در دست شما است بچخانید. چه اتفاقی می افتد؟ آیا آب سطل می ریزد؟ چرا؟

اگر جلسه گذشته با ما خوب همراه بوده باشید، احتمالا بتوانید توجیه مناسبی برای این پدیده پیدا کنید.
بله درست است! باز هم نیروی گریز از مرکز. اما این بار با مساله پیچ قضیه کمی متفاوت است و حساس تر است!
محاسبات برای یک ترن واقعی باید خیلی دقیق و با در نظر گرفتن جوانب زیادی انجام شود.
همانطور که جلسه پیش گفته شد، نیروی گریز از مرکز جسم را با نیروی زیر به سمت بیرون از مرکز دایره می راند.

m  جرم جسم، v سرعت خطی آن و r شعاع دایره است.
اما هنگامی که ترن در حلقه می چرخد تنها نیروی وارد به آن گریز از مرکز نیست، بلکه نیروی وزن هم دایما به آن به سمت پایین نیرو وارد می کند. به شکل زیر توجه کنید:

در بالاترین نقطه از حلقه، شکل نیرو ها به این ترتیب خواهد بود. برای آنکه ترن از بالا به پایین نیفتد نیروی گریز از مرکز باید حداقل برابر یا بزرگ تر از نیروی وزن باشد. دقت کنید که در ترن واقعی در این محاسبات باید وزن مسافران و اصطکاک نیز منظور شوند.
ما حداقل نیروی گریز از مرکز را بررسی می کنیم تا ببینیم در چه شراطی می توانید مطمئن باشیم که ترن (یا همان تیله) سقوط نمی کند.

با انجام یه سری ساده سازی ها به رابطه زیر می رسیم:

که g شتاب گرانش زمین و r شعاع حلقه ما است. بنابراین می توان این طور استنتاج کرد که اگر حلقه ای به شعاع 10 متر داشته باشیم و شتاب گرانش را به طور تقریبی 10 متر بر مجذور ثانیه بگیریم، حداقل سرعتی که ترن باید داشته می شود:

حالا این سرعت از کجا باید تامین شود؟ بهترین روش برای تامین این سرعت استفاده از یک شیب تند قبل ار حلقه می باشد. که با توجه به مطالب گفته شده در جلسات قبل می توانید ارتفاع و شیب این سطح را محابه کنید.
دو نکته هست که باید هنگام محاسبات به آن ها دقت کنید. اول که اصطکاک و در نظر گرفتن تقریب های آن. دوم، هنگامی که می خواهید برای ترن خودتان اندازه ها را وارد کنید دقت کنید که واحد ها بر حسب SI باشند.

این ها پیشنهاد ما برای ساخت یک ترن بود. البته شما در طراحی خود می توانید از مسیر های دیگری نیر استقاده کنیدو می توانید با بررسی ترن های معروف دنیا به طراحی های آن ها دقت کرده و از آن ها ایده بگیرید و یا هر ایده ای که خودتان دارید اجرا کنید.