ジェットコースターの不思議

こんにちは！個別指導グノリンクの『小学生の君に送る60秒コラム』を読んでくれてありがとう。

今回は遊園地にあるジェットコースターについて見ていきたいと思います。

ジェットコースターが動くとき、実はほとんど電気を使わなくていいのをご存知ですか？

ジェットコースターが出発すると、最初に高いところまでゆっくり動きます。これは物体が高くなるほど大きくなる「位置エネルギー」というものを蓄えることが目的です。この間に電力を使うくらいで、あとは力を加えなくても動いてくれるのです。

位置エネルギーは物体が動くときに必要な「運動エネルギー」と変換することができます。そのため、「位置エネルギーをたくさん蓄えたほうが使える運動エネルギーを大きくできる」＝「高いところから落ちるコースターの方が速くなる」ことになります。

この2つのエネルギーの和は「他の力を加えなければ」一定になることが知られています。
これを「力学的エネルギー保存の法則」と言います。
ジェットコースターでこれを考えると、「落下前の高い地点と同じ高さのところに途中で来てしまうと、コースターが止まる」ということが言えます。そのため、ジェットコースターは落下直前の地点が一番高くなっているのです。

この法則を考えると最高地点に戻らないとコースターは停止しないように見えますが、実際にはそうなりません。これには、途中で働いている摩擦力と空気抵抗が関係します。

この2つの力が先ほど言及した「他の力」になります。どちらも物体の動く方向と逆に働き、ブレーキになります。コースターが動いている間ずっとかかり続けるため、コースターの力学的エネルギーは段々と減っていき、最後には低いところでブレーキをかけると無事停止するのです。

このように、ジェットコースターをつくるのにも理科の勉強が非常に役に立っているのです。皆さんのお気に入りのアトラクションでも理科が役立っているのかもしれませんね。

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