Der einzige Unterschied besteht wirklich darin, dass dies ein nach unten gekrümmter Pfad ist, bei dem die Mitte dieser kreisförmigen Kurve unter der Rutsche statt über ihr liegt. (Wiederum stellt die graue C-Form den Weg des Fahrers auf der Rutsche und die kreisförmige Flugbahn seines Körpers dar, und der Punkt ist der Mittelpunkt des Kreises.) Das bedeutet, dass die Zentripetalbeschleunigung auch nach unten und in Richtung geht der Mittelpunkt des Kreises.
Da die Beschleunigung die Richtung wechselt, muss die Normalkraft (N) sein weniger als die radiale Komponente der Gravitationskraft, die die Person nach unten in Richtung Erde zieht. Was passiert, wenn die Normalkraft kleiner wird?
Denken Sie daran, dass, um einen Fahrer dazu zu bringen, sich auf einer kreisförmigen Bahn zu bewegen, eine Nettokraft vorhanden sein muss, die in Richtung der Mitte des Kreises zeigt, was für eine nach unten gekrümmte Rutsche nach unten gerichtet ist. Da die Reibungskraft immer tangential zur Gleitbahn ist, setzt sich diese Netto-Radialkraft, die wir Zentripetalkraft nennen, aus der Normalkraft (wegdrücken) und einer Komponente der Gravitationskraft (zur Mitte ziehen) zusammen.
Wenn die Geschwindigkeit des Fahrers langsam genug ist, benötigen Sie keine sehr große Zentripetalkraft, um ihn im Kreis zu bewegen. Allein die Komponente der Gravitationskraft könnte ausreichen, um dies zu erreichen. Die Normalkraft von der Rutsche könnte nur ein kleiner Wert sein, der wegdrückt.
Wenn die Geschwindigkeit des Fahrers zu hoch wird, reicht die Gravitationskraft allein nicht aus, um eine Kreisbewegung zu erzeugen. Dazu bräuchte man die Normalkraft Auch zur Mitte des Kreises ziehen. Aber Rutschen tun das nicht: Sie stoßen nur weg. Das bedeutet, dass sich der rutschende Mensch nicht wirklich im Kreis bewegen würde, sondern auf einer Parabelbahn, wenn er die Oberfläche der Rutsche verlässt und in die Luft fliegt – zumindest für kurze Zeit, bis er wieder in die Rutsche stürzt. Das ist den Slide-Fahrern aus Detroit passiert.
Modellieren wir die Bewegung einer Person auf einer nach unten gekrümmten Rutsche. Ich werde mit einem Fahrer am oberen Ende einer Kurve beginnen. Sie können sehen, dass die Person irgendwann von der Strecke fliegt und zu einem frei fallenden Projektil wird:
Video: Rhett Allain
Die Geschwindigkeit der Person zu Beginn ihrer Fahrt ist wichtig. Wenn eine Person die Abwärtskurve mit ausreichend hoher Geschwindigkeit beginnt, fliegt sie von der Strecke – aber der genaue Wert für die Geschwindigkeit, die dazu führt, dass die Person von der Strecke abkommt, hängt vom Anfangs- und Endwinkel der Rutschkurve ab.
Wenn Sie Ihre Fahrer auf der Rutsche halten möchten, müssen Sie den Reibungskoeffizienten zwischen ihnen und der Rutsche erhöhen. Am Ende hat das Michigan Department of Natural Resources, das den Belle Isle Park betreibt, hat ein Facebook-Video gepostet Sie erklärten die von ihnen vorgenommenen Aktualisierungen: „Wir haben die Oberfläche geschrubbt und begonnen, zwischen den Fahrten ein wenig Wasser auf die Rutsche zu sprühen, um die Geschwindigkeit zu kontrollieren“, schrieben sie. Sie fordern die Fahrer auch auf, sich nach vorne zu lehnen – was ein Parkangestellter im Video demonstriert.
Warum Wasser? Wasser ist eigentlich etwas klebrig, also könnte das Hinzufügen von ein wenig davon die Reibung aufgrund seiner kohäsiven Natur erhöhen. (Natürlich könnte das Hinzufügen von genug, um eine vollwertige Wasserrutsche zu schaffen, die Reibung verringern und den Fahrer noch schneller machen – aber das würde eine Weile dauern viel mehr Wasser.)
Sich nach vorne zu lehnen könnte helfen sicherzustellen, dass das Gewicht jedes Fahrers auf dem Stoffsack an seinen Beinen liegt. Die Säcke bestehen aus Sackleinen, das kratzig ist und für Reibung sorgt – und da alle Fahrer diese Säcke tragen müssen, sorgt dies für eine einheitlichere, bekanntere Oberfläche als die Kleidung, die die Fahrer zufällig tragen. Wenn Sie sie bitten, sich nach vorne zu lehnen, stellen Sie sicher, dass die Sackleinen in Kontakt mit der Rutsche sind und nicht mit dem Material, aus dem das Hemd der Person besteht – was passieren würde, wenn sie sich nach hinten lehnen würde.
Wenn die Parkbetreiber noch kreativer werden möchten, wäre eine andere Option, die Fahrer rutschen zu lassen, während sie etwas anderes als diese Leinensäcke tragen – vielleicht etwas mit etwas Gummi, um die Reibungsinteraktion zu erhöhen. Es ist auch möglich, dass ein Anstrich den Reibungskoeffizienten erhöht.
Viel Spaß beim Rutschen!