la montaña rusa que relacion tiene con la fisica
Respuestas a la pregunta
La conservación de la energía
Inicialmente se arrastra el vagón, que carece de tracción propia, hasta la parte más elevada de la montaña rusa. Esta separación de la Tierra produce un aumento de la energía potencial gravitatoria del vagón. Al dejarlo en libertad, el vagón desciende aumentando progresivamente su velocidad. En términos energéticos su energía potencial gravitatoria se va transformando en energía cinética, la energía asociada al movimiento de los cuerpos, salvo una pequeña parte que se transforma en calor debido al rozamiento que ejercen el aire y las vías. En los tramos ascendentes, sucede lo contrario la velocidad disminuye a medida que el vagón gana altura aumentando por tanto la energía potencial gravitatoria a costa de la energía cinética. Una pequeña parte de esa energía cinética de nuevo se transforma en calor debido al rozamiento.
Velocidad, aceleración y fuerza
Uno de los aspectos que se tienen en cuenta al diseñar una montaña rusa es la fuerza que el vagón ejerce sobre los pasajeros. Esta fuerza no es constante sino que está relacionada con como va cambiando la velocidad del vagón, y por tanto de los pasajeros, a lo largo del recorrido. Es el aumento o disminución de esta fuerza, en relación con la que se experimenta en reposo o con velocidad constante, lo que hace que montarse en una montaña rusa sea atractivo para mucha gente. Este cambio de velocidad con el tiempo, que puede ser en su magnitud o en su dirección, es lo que se llama aceleración.
En los tramo horizontales, sin tener en cuenta el rozamiento, la velocidad no cambia por tanto no hay aceleración. La fuerza neta que actúa sobre la persona es cero. La fuerza que hace el vagón hacia arriba sobre la persona es igual a la fuerza que hace la Tierra hacia abajo, el peso de la persona.
En los tramos curvos horizontales, en los rectos no horizontales y en los curvos no horizontales hay aceleración ya que cambia respectivamente la dirección de la velocidad, la magnitud de la velocidad o ambas. La fuerza neta que actúa sobre el vagón es proporcional a la aceleración y se representa en la figura en varios puntos del recorrido.
Fuerza neta en distintos tramos de una montaña rusa
Fuerza neta en distintos tramos de una montaña rusa
Bucles
La forma de los tramos que forman una montaña rusa es diversa y no suele faltar uno con forma de bucle vertical.
Cuando un objeto describe un movimiento curvo pueden actuar varias fuerzas sobre él pero es necesario que la suma de todas ellas esté dirigida hacia el interior de la curva que describe. Si esta fuerza neta es perpendicular a la curva la velocidad solo cambia de dirección, en caso contrario la velocidad aumenta o disminuye su magnitud como se ve en la figura.
Fuerza neta y cambio de la magnitud de la velocidad
Fuerza neta y cambio de la magnitud de la velocidad
Esta fuerza neta se puede descomponer en dos, una perpendicular a la curva y otra tangente, de tal forma que sumadas equivalen a la primera.
Componentes de la fuerza neta y cambio de la magnitud de la velocidad
Componentes de la fuerza neta y cambio de la magnitud de la velocidad
La fuerza perpendicular a la curva se denomina fuerza centrípeta y es directamente proporcional a la masa del objeto en movimiento y al cuadrado de la magnitud de la velocidad e inversamente proporcional al radio de curvatura.
F_{c}=\frac{mv^{2}}{r}
Normalmente la fuerza centrípeta la hace en parte el raíl por el que circula el carro y en parte la Tierra.