Les muntanyes russes com el Dragon Khan no funcionen pas amb motors. La seva propulsió es deu principalment a la força de la gravetat. De forma simplificada, en una muntanya russa es puja un cotxet a un punt molt alt i després se’l deixa caure. Certament totes les pujades, baixades, loops i revolts han d’estar molt ben calculats perquè el cotxet no es quedi a mig camí!
Dragon Khan (c) Port Aventura.
Energia potencial i cinètica
Quan el cotxet es troba al punt més alt de la muntanya russa acumula “energia potencial”. Després, aquesta energia es transforma en “energia cinètica”. És a dir, moviment. Quan el cotxet puja un tram vertical, guanya energia potencial, que després reconverteix en energia cinètica en baixar. .
Fricció
El fregament entre les rodes del cotxet i les vies fa que una part de l’energia potencial es transformi en calor, que escalfa aquestes peces, en detriment de l’energia cinètica. Si no hi hagués aquesta fricció, l’energia potencial acumulada al començament seria suficient per completar qualsevol recorregut sempre que no hi hagués cap tram més alt que el punt de partida.
Velocitat i acceleració
En cada instant, el cotxet porta una velocitat determinada. Per exemple, el Dragon Khan en alguns punts del seu circuit adquireix 110 km/h. Això vol dir que si es mogués sempre a aquella velocitat, li caldria una hora per fer un desplaçament de 110 km. Tanmateix, al llarg del recorregut la velocitat varia molt sovint. Aquestes variacions de velocitat s’anomenen acceleracions. Compte: una desceleració no és res més que una acceleració negativa, és a dir, una reducció de la velocitat. L’acceleració pot ser zero encara que el cotxet vagi a gran velocitat (si és que aquesta velocitat no varia).
Moviment d'un projectil
Un objecte llançat amb una certa velocitat horitzontalment en l’aire, segueix desplaçant-se paral·lelament al terra, però al mateix temps experimenta una acceleració cap a baix, deguda a la força de la gravetat. Per això, la seva trajectòria s’encorba tot resseguint una línia característica anomenada paràbola. Alguns trams de les muntanyes russes simulen aquesta trajectòria, i per això ens donen la sensació d’estar damunt d’un projectil.
Stampida. (c) Port Aventura.
Tutuki Splash. (c) Port Aventura.
Plan inclinat
Baixant aquest tram de l’atracció, el cotxet no segueix el camí parabòlic natural. Les vies fan una força sobre el cotxet que equilibra parcialment la de la gravetat. Tanmateix, com més inclinada és la baixada, més important és la contribució de la força de la gravetat en la direcció del moviment. Per això, com més inclinat és un tram, major és l’acceleració que experimenta el cotxet.
Força centrípeta
Quan el cotxet entra en un loop es veu obligat a canviar la seva trajectòria per resseguir les vies. La força que les vies exerceixen sobre el cotxet és anomenada “centrípeta”, perquè és orientada cap al centre del loop. És el mateix tipus de força que manté un planeta en òrbita o que actua sobre un cotxe que pren un revolt.
Inèrcia
El tram final és horitzontal. Com que no hi ha ni pujades ni baixades, el cotxet no hauria d’accelerar ni de descelerar. Hauria de seguir movent-se indefinidament amb velocitat constant, per inèrcia. Tanmateix, el cotxet es para: la desceleració és deguda al fregament.
Caiguda lliure
Què me’n dius? Creus que caurà abans una cabina carregada de persones grosses que una plena de persones primes? L’acceleració que les cabines experimenten a causa de la gravetat és igual en els dos casos. Per tant, haurien de caure en el mateix temps. Però, a més de la força de gravetat, el fregament amb l’aire també actua sobre les cabines. Si no hi hagués aire, una cabina carregada de plomes cauria en el mateix temps que una carregada de plom.
Velocitat límit
Efectivament, la força de fricció augmenta proporcionalment a la
velocitat dels cossos que cauen. Com més ràpid van, major és aquesta
força que s’oposa al seu moviment.
Huracà Cóndor. (c) Port Aventura.
Arriba un punt en què la força de fregament es fa tan gran com la força de gravetat i, en aquest punt, el cos deixa d’accelerar-se tot mantenint la velocitat constant. És a dir, les dues forces es compensen i la força total és nul·la.
Si ara tornem a imaginar dues cabines, una plena de persones grosses i una altra de persones primes, veurem que, tot i que ambdues experimentin la mateixa acceleració gravitatòria, no cal que arribin a la mateixa velocitat límit per deixar d’accelerar-se. Això es deu al fet que el seu pes és diferent, és a dir, la força de gravetat sobre cadascuna d’elles és diferent. Així, la força de fricció equilibrarà abans el pes més petit, i ho farà a una velocitat límit menor. Per tant, en un món real com el nostre, amb aire pel mig, arribarà a terra abans la cabina plena amb persones grosses. Tot i que caldria deixar-les caure des de molta més alçada perquè la diferència fos més evident.
