Lingkaran Air Mata dan Wahana Roller Coaster?

Kenapa saat naik wahana roller coaster ga jatuh?

clothoid loop

Roller coaster wahana yang memacu adrenalin ini memang seru buat dicoba saat berada di taman hiburan, tapi kenapa si saat keretanya melaju di trek lingkaran penumpangnya ga jatuh?

Karena kecepatannya? Atau karena apa?

Ya selain kecepatan roller coaster, lengkungan di trek roller coaster bentuknya bukan lingkaran sempurna tetapi lebih seperti tetesan air mata. Bentuk ini disebut lingkaran klotoid. Pertama kali dijelasin sama matematikawan Leonhard Euler, iya si penemu bilangan e alias bilangan natural pada abad ke-18. Awalnya gagasan ini biasa saja, sampai insinyur perancang roller coaster sadar kalau bentuk lingkaran klotoid itu bentuk sempurna untuk sebuah roller coaster yang melaju jungkir balik..

 Sebelum memakai gagasan Euler, para perancang wahana ini tidak begitu berhasil dengan bentuk pilihan yang nampaknya logis untuk lingkaran yaitu 360 derajat.  Fisika sederhana menolak bentuk itu.

Semua kereta luncur yang bergerak melingkar secara vertikal menghasilkan gaya sentripetal yang menekan para penumpang ke kursi mereka. Di puncak lingkaran ketika roller coaster dan penumpangnya berada pada posisi terbalik, gaya sentripetal harus lebih besar dari gaya gravitasi atau para penumpang akan jatuh.

Para perancang bisa saja si membuat laju roller coaster cukup cepat dan lingkarannya cukup besar supaya gaya sentripetal sedikit lebih besar dari 1g untuk melawan gravitasi di puncak lingkaran, tapi untuk mencapai gaya itu penumpang harus menerima gaya sebesar 8 g saat pertama kali masuk lingkaran. Gaya 8 g terlalu berat bagi tubuh manusia. Contohnya pada pesawat ulang-alik menghasilkan gaya sekitar 3 g. Pada gaya 6 g banyak orang akan mengalami pendarahan hidung, dan pada 9 g mereka bisa pingsan.

Lingkaran klotoid melemahkan gaya-gaya yang dialami oleh penumpang dan tetap membuat mereka aman. Hal ini terjadi karena lingkaran klotoid memiliki radius yang secara bertahap mengecil pada putaran ke atas. Mengecilnya radius ini menciptakan gaya sentripetal yang lebih besar pada kecepatan lebih rendah sehingga penumpang merasakan gaya maksimum 3-4 g ketika memasuki lingkaran.

 

Referensi :

Jim Wiese, 2005. “Sains di Taman Bermain.”

http://www.2dcurves.com/spiral/spirale.html

https://www.physicsclassroom.com/class/circles/u6l2b2.gif