سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
تا این جلسه با مبانی مهندسی و فیزیک ترن هوایی کمی آشنا شدید. در این جلسه می خواهیم مروری بر تاریخچه این وسیله بازی مهیج داشته باشیم و ببینیم که انواع مدل های مختلف ترن ها چگونه هستند. این بررسی در کنار جالب بودن، کمک می کند تا قدری با ساختار واقعی یک ترن
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : سارا قیصری
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

ترن هوایی_ جلسه چهارم

درباره ترن هوایی بیشتر بدانیم

ترن هوایی_جلسه چهارم

 

اهداف:

  • رفتار شناسی ترن هوایی

 

وسایل مورد نیاز: ________

 

تا این جلسه با مبانی مهندسی و فیزیک ترن هوایی کمی آشنا شدید. در این جلسه می خواهیم مروری بر تاریخچه این وسیله بازی مهیج داشته باشیم و ببینیم که انواع مدل های مختلف ترن ها چگونه هستند. این بررسی در کنار جالب بودن، کمک می کند تا قدری با ساختار واقعی یک ترن هوایی آشنا شویم.
از نظر بسیاری از افراد، بزرگ ترین جاذبه یک پارک تفریحی ترن هوایی یا roller coaster آن است. عده ای آنرا ماشین جیغ می نامند و برای این نامگذاری دلیلی خوبی هم دارند. تاریخ این وسیله تفریحی دلهره آور، نشان دهنده جستجوی مدام افراد به منظور یافتن ابزاری برای ایجاد هیجان فراوان و به مبارزه طلبیدن مرگ است.


ترن هوایی چگونه کار می کند؟

ترن هوایی_جلسه چهارم
 
شاید هنگامی که بر این ترن سوارید و با سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت بر روی مسیر آن حرکت می کنید، توجه نکرده باشید که این ترن اصلا موتور ندارد. ابتدا ترن توسط غلطک ها و زنجیرهایی به بالای اولین "تپه" که آغازگر این سواری است برده می شود، اما پس از آن ترن باید سواری را خودش به انجام برساند.
شما با یک موتور یا چیزی شبیه آن به جلو رانده نمی شوید. بلکه تبدیل شدن انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی نیروی محرک ترن هوایی را تامین می کند و هنگامی که ترن در همان ابتدا به بالای تپه کشیده می شود، تمام انرژی لازم را به صورت انرژی پتانسیل در خود جمع می کند.
ترن هوایی_جلسه چهارم 
هنگامی که حرکت واقعا آغاز می شود، چرخ های مختلفی به نرمی و روانی حرکت کمک می کنند. چرخ های رونده ترن را بر روی ریل هدایت کرده و چرخ های اصطکاکی حرکت جانبی (حرکت به دو سمت عرضی ریل) را کنترل می کنند. مجموعه چرخ های دیگری هم وجود دارند که حتی در صورت واژگون بودن ترن هم آنرا محکم روی ریل نگه می دارند. البته محاسبات مربوط به نیروی گریز از مرکز نیز اهمیت به سزایی دارند وگرنه مسافر در هنگام واژگون بودن فشار زیادی را متحمل می شود و این می تواند حتی خطرناک باشد. ترمزهای هوای فشرده نیز در انتهای سواری ترن را متوقف می کنند.
 
ترن های هوایی چوبی و فلزی

 

ترن هوایی_جلسه چهارم

ترن هوایی_جلسه چهارم

ریل ترن های هوایی می تواند چوبی یا فلزی، حلقه دار یا بدون حلقه باشد. مواد مورد استفاده در ساخت ترن و ریل، تفاوت مهمی در کل ماجرا ایجاد می کند. به طور کلی، ریل های ترن هوایی چوبی دارای پیچش حلقه ای کامل نبوده و به اندازه ترن هایی با ریل فلزی، بلند و سریع هم نیستند و تپه های آنها شیب های بیش از حد تند ندارد.
اما ترن های هوایی چوبی نسبت به انواع فلزی دارای مزیت ویژه ای هستند، اگر به دنبال هیجان فراوانی که قلبتان را به تپش شدیدی وادارد، هستید، این ترن ها با پیچ و تاب های فراوان برای شما مناسب هستند. ترن های فلزی با ریل های لوله ای بیشتر دارای حلقه های کامل، تپه های بلندتر و پرشیب تر، سقوط های بزرگ تر و بسیار سریع تر هستند.


  فعالیت:
در اینترنت به جستجو بپردازید و تصویر چند ترن با ریل چوبی و فلزی را پیدا کنید. عکس ها را در کلاس بررسی کنید. چه تفاوتی میان آن ها وجود دارد؟ چرا؟


تاریخچه مختصر ترن هوایی
اولین نیاکان ترن هوایی امروز، در سالهای ۱۶۰۰، در روسیه ساخته شدند و هیچ شباهتی به آنچه امروز roller coaster  نامیده می شود نداشتند. اینها سرسره هایی پر شیب و بلند از یخ بودند که با سورتمه هایی از چوب یا یخ بر روی آن سر می خوردند و در پایین، توسط شن های پاشیده شده بر یخ، متوقف میشدند. هدایت این سورتمه ها بر روی این تیغه یخی به مهارت نیاز داشت و حوادث متعدد و مکرر در این بازی بسیار عادی بود.

ترن هوایی_جلسه چهارم

یک فرانسوی به قصد بهره برداری از این سرسره یخی، نمونه ای از آن را در فرانسه ساخت، اما آب و هوای گرم به سرعت یخ ها را آب کرده و کوشش های اولیه او را بی نتیجه گذاشت. او به جای یخ از سرسره چوبی صیقلی استفاده کرد که با سورتمه های چرخدار بسیار قابل استفاده از کار درآمد. در اینجا هم اگر شخص سوار بر سورتمه مهارتی در هدایت آن نمی داشت، حوادث متعددی به وجود می آمد. به همین دلیل، شیارهایی بر روی سطح چوب ایجاد شد تا چرخ ها را در مسیر مشخص نگهدارد.

ترن هوایی_جلسه چهارم

در دهه ۱۸۵۰، اولین نمونه از حلقه کامل عمودی در فرانسه ساخته شد. این مسیر گریز از مرکز یا (Centrifuge Railway)، یک خودرو بدون موتور بود که تنها با نیروی گریز از مرکز در درون حلقه میچرخید و از آن عبور میکرد. اما پس از بروز یک حادثه، مقامات رسمی به سرعت آن را تعطیل کردند.

ترن هوایی_جلسه چهارم

در اواخر قرن ۱۹، ترن های هوایی در آمریکا ساخته شدند. در این زمان شرکت های حمل و نقل راه آهن برای افزایش مشتری در روزهای تعطیل، پارک های تفریحاتی متعددی در انتهای مسیرهای خطوط راه آهن ایجاد کرده بودند که بیشتر شامل چرخ و فلک بود. در سال ۱۸۸۴، اولین ترن هوایی واقعی در آمریکا ساخته شد: یک ترن با مسیری پر پیچ و خم که با نیروی جاذبه کار میکرد. عکس آن را در زیر مشاهده می کنید.

ترن هوایی_جلسه چهارم

مسافرین این ترن باید از تعدادی پله بالا می رفتند تا سوار ترن که توسط کارگران به بالای تپه هل داده شده بود، شوند. سپس این ترن از بالا به پایین هل داده می شد، سرعت میگرفت و از چند تپه ماهور عبور می کرد تا به پایین برسد، در اینجا مسافران باز از تعدادی پله بالا می رفتند و در این میان ترن مجددا توسط کارگران با بالا برده می شد و مسافران در این ایستگاه مجددا سوار شده، با طی کردن مسیری جدید به ایستگاه اول بازمی گشتند. در نقاشی زیر مسیر این ترن به خوبی دیده می شود.

ترن هوایی_جلسه چهارم

کوشش دیگر در زمینه مسیر حلقه ای به سال ۱۸۹۸ انجام شد و پشتک و وارو (Flip Flap) نام گرفت. البته حلقه در این مسیر یک دایره کامل بود و با مسیرهای حلقه ای امروزی که مسیری منحنی و بیضی شکل دارند، متفاوت بود. این مسیر مشکل عمده ای داشت: نیروهای ایجاد شده توسط حلقه دایره ای به قدری زیاد بود که گردن مسافران صدمه می دید!

آغاز قرن بیستم شاهد گام های بزرگی در جهت ایمنی ترن هوایی بود. در سال ۱۹۱۲ اولین ترن هوایی با چرخ های اصطکاکی نگهدارنده ساخته شد. این چرخ ها به جای حرکت بر روی ریل، ریل ها را در میان می گرفت و امنیت بیشتری ایجاد می کرد. این گام بزرگ در صنعت ترن هوایی موجب شد که امکان ساختن مسیرهایی با تپه های بلندتر و سرعت بالاتر میسر شود. در شکل زیر می توانید نمونه ای از این چرخ ها را ببینید.

ترن هوایی_جلسه چهارم

ترن هوایی_جلسه چهارم

اگر قرار بود شما چرخ یک ترن را طراحی می کردید، چه پیشنهادی برای آن داشتید؟

در سال ۱۹۵۵، دیسنی لند (Disneyland) اولین پارک تفریحی موضوعی آمریکا افتتاح شد و عصر جدیدی در پارک های تفریحی را آغاز کرد. دیسنی اولین ترن های هوایی با ریل لوله ای را در سال ۱۹۵۹ به وجود آورد. قبل از این، ریل ترن های هوایی همه از چوب بود و مسیر فلزی پیشرفت بزرگی در این حیطه به شمار می آمد و نه تنها استواری و استحکام بیشتری داشت، بلکه راه را برای ابداع حلقه ها و مسیرهای پیچشی باز کرده بود.
در سال ۱۹۹۲، اولین ترن هوایی وارونه با موفقیت افتتاح شد و اکنون ترن های هوایی متعددی وجود دارن که از بالا به ریل متصل است و پای سرنشینان در پایین آزاد است.

ترن هوایی_جلسه چهارم


بلندترین ترن هوایی جهان
در حال حاضر، ترن هوایی ریل فلزی کینگ داکا (Kingda Ka) واقع در پارک تفریحی Six Flags در نیوجرسی، بلندترین و سریع ترین ترن هوایی جهان محسوب می شود. این ترن هوایی که در سال ۲۰۰۵ افتتاح شد، به این ترتیب عمل می کند: ابتدا ترن توسط سیستم راه اندازی هیدرولیک از حالت سکون در مدت ۳.۵ ثانیه به سرعت ۲۰۶ کیلومتر بر ساعت رسیده و به بالای برج اصلی این مسیر که ۱۳۹/۵ متر ارتفاع داشته و با زاویه ۹۰ درجه عمود بر سطح زمین قرار دارد، رانده می شود.

ترن هوایی_جلسه چهارم

از این ارتفاع، ترن به طور مستقیم به دور مسیر چرخیده (مانند سر یک مته) و ۱۲۷ متر سقوط می کند و سپس از تپه دوم که ۳۹ متر ارتفاع دارد بالا می رود و سرنشینان قبل از اینکه ترن به نرمی توسط ترمزهای مغناطیسی متوقف شود، یک لحظه دچار حالت بی وزنی می شوند. این سواری از لحظه به حرکت درآمدن ترن تا پایان مسیر تنها ۲۸ ثانیه طول می کشد که البته برای سرنشینان بسیار طولانی تر به نظر می رسد. در تصویر زیر سیستم هیدرولیک این ترن دیده می شود.

ترن هوایی_جلسه چهارم
البته این پایان محدوده ترن های هوایی نیست و باید دید که دانشمندان فیزیک و طراحان و کارشناسان تکنولوژی، پس از این چه حیله جدید و هیجان انگیزی در آستین دارند.


 فعالیت 1:
تا جلسه آینده در اینترنت جستجو کنید و تعدادی از ترن های مهیج و جالب دنیا را انتخاب کنید و تصویر کامل آن را همراه با مشخصات آن در کلاس به دوستانتان ارایه دهید. می توانید نتایج را به صورت استند با پاورپوینت در کلاس ارایه دهید.

 فعالیت 2:
یک تحقیق جالب دیگر این است که اگر در شهربازی شهر شما ترن هوایی هست، به پارک بروید و بعد از یک سواری پر هیجان در مورد مشخصات فیزیکی، ارتفاع، سرعت و ... پرس و جو کنید.

 

تکلیف: ______
محل بازدید/ اردو/ خرید:
ـــــــــــــــ
منابع مطالعه:
________

 

مطالب مرتبط:

 

ترن هوایی_ جلسه اول
ترن هوایی_ جلسه دوم
ترن هوایی_ جلسه سوم
ترن هوایی_جلسه چهارم
ترن هوایی_ جلسه پنجم
ترن هوایی_ جلسه ششم
ترن هوایی_ جلسه هفتم


بخش پروژه های دانش آموزی سایت تبیان
تهیه: سارا قیصری - تنظیم: علی سرمدی

 


 


 

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین