GERAK PADA ROLLER COASTER

GERAK PADA ROLLER COASTER

Roller coaster adalah wahana permainan berupa kereta yang dipacu dengan kecepatan tinggi pada jalur rel khusus, biasanya terletak di atas tanah yang memiliki ketinggian yang berbeda-beda. Rel ini ditopang oleh rangka baja yang disusun sedemikian rupa. Wahana ini pertama kali ada di Disney Land Amerika Serikat.

Bentuk permainan ini ternyata mempunyai sejarah yang cukup panjang. Prinsip permainannya sudah dikenal pada abad ke 16, di Rusia. Dimana pada musim dingin, bukit yang membeku dengan bermodalkan balok kayu dijadikan tempat berselancar. Dimusim panas papan seluncur dilengkapi
dengan roda. Kemudian ide ini dibawa oleh tentera Napoleon ke Eropa barat (Perancis), hingga disana dikenal dengan nama "Montagnes Russes"(Gunung Rusia).

Roller coaster pertama (konstruksi angka 8) yang bentuknya seperti sekarang ini dibuka di Coney Island (Brooklyn, New York, Amerika), tahun 1884,dengan nama "Gravity Pleasure Switch Back Railway".

Fenomena Fisika pada Roller Coaster

1. Energi Potensial
Energi potensial, Ep, yakni energi yang “dikandung” roller coaster dikarenakan oleh posisinya, bernilai maksimum di posisi puncak lintasan. Energi potensial bernilai nol di posisi “lembah” (posisi terendah) lintasan. Energi potensial diubah menjadi energi kinetik, ketika roller coaster bergerak menurun.

2. Energi Kinetik
Energi kinetik, Ek, yakni energi yang dihasilkan oleh roller coaster karena geraknya (dalam hal ini kecepatan), bernilai nol di posisi puncak lintasan. Jelaskan, mengapa? Energi kinetik bernilai maksimum di posisi “lembah’ (posisi terendah) lintasan. Mengapa? Energi kinetik diubah menjadi energi potensial, ketika roller coaster bergerak menaik.

3. Dinamika Roller Coaster (Percepatan & Perlambatan )
Gerak Roller Coaster mengalami percepatan, yakni perubahan kecepatan terhadap waktu yakni kecepatan bertambah terhadap waktu, ketika bergerak menurun. Roller coaster mengalami perlambatan (percepatan negatip!) yakni kecepatan berkurang terhadap waktu ketika bergerak menaik. Perubahan kecepatan juga terjadi saat roller coaster berubah arah!

4. Gaya Gravitasi
Pada roller coaster, kamu tentu mengalami gaya gravitasi, yakni gaya (interaksi) yang disebabkan oleh tarikan massa bumi terhadap massa tubuhmu (karena massa bumi jauh lebih besar dibandingkan dengan massa tubuhmu!). Rasakan dan kemudian jelaskan, apa efek gaya gravitasi tersebut? gaya gravitasi tersebut diartikan=> F= kurang lebih 10.000N . tetapi dari hasil penelitian setiap roller coaster tergantung dengan berat, dan putarannya.

5. Kekekalan Energi
Dalam proses perubahan energi Ek menjadi Ep dan Ep menjadi Ek ini, sebagian energi diubah menjadi energi panas (kalor) karena adanya gesekan (friksi). Misal, roda roller coaster dengan rel lintasan. Energi total sistem tidak bertambah atau berkurang. Energi “hanya” berubah bentuk (misal: Ek, Ep, kalor).

6. Gaya Sentripetal
Gaya sentripetal adalah gaya yang “berusaha” menarik objek mengarah ke titik pusat (sumbu). Ketika roller coaster bergerak melalui lintasan memutar, gaya sentripental “mempertahankan” roller coaster agar tetap bergerak memutar.

Teknik Gerak Pada Roller Coaster

1. Mesin penggerak

   a. Lifthill (Chain Lift)

Pada Roller coaster yang lama (tradisional), kereta roller coaster tidak menggunakan mesin sendiri untuk dapat bergerak.
Kereta roller coaster akan ditarik oleh rantai (chain lift) yang digerakan mesin hingga mencapai kecepatan 4,5 m/detik ke ketinggian tertentu dan kemudian dilepaskan.


Biasanya pada waktu menarik kereta terdengar bunyi tak-tak-tak. Bunyi ini merupakan rangkaian safety yang ditimbulkan oleh tungkai penahan kereta pada gerigi trak (Safety Dog), agar kereta tidak kembali mundur (anti rollback).

Dengan memanfaatkan ketinggian tersebut, setelah dilepas kereta roller coaster akan ditarik kembali oleh gaya tarik bumi, sehingga dapat bergerak menyelusuri alur trak (analognya anda tidak perlu mengayuh sepeda untuk menuruni bukit).
b. Powered Coaster

Kereta roller coaster jenis ini memiliki penggerak sendiri.
Umumnya menggunakan listrik yang dapat mengatur cepat atau lambat gerakan putaran motor roda kereta.



Pada jenis roller coaster ini tidak dapat dihasilkan akselerasi dan kecepatan yang tinggi.

c. Launched Coaster (catapult coaster)

Pada jenis roller coaster ini, kereta akan digerakan hingga mencapai kecepatan maksimal pada track horisontal dan selanjutnya dilepas.
Sebagai mesin penggerak start digunakan sistim hydraulik (cairan) , pneumatik (udara yang dikompresi) atau dapat juga LIM ( Lineare Induktions Motoren).
Sistim Hydraulik


Sistim pneumatik

Sistim LIM

2. Trak

Trak dapat terbuat dari kayu ataupun dari besi.


Trak kayu (wooden track)
Titik kuning adalah bagian yang sama dari kereta

-  Roda yang dilingkari warna hijau adalah roda kereta yang berfungsi agar kereta dapat meluncur arah horisontal (ke depan).
Roda yang dilingkari warna merah adalah roda kereta yang bersinggungan dengan sisi samping trak(side friction or guide wheels).
-Roda yang dilingkari warna kuning adalah roda kereta yang berfungsi agar kereta tidak dapat terangkat ke atas (safety wheel).

Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini

Warna cokelat adalah lapisan trak kayu, warna biru adalah alas roda.
Disini terlihat jelas bagaimana safety wheel tehalang oleh trak, sehingga kereta roller coaster tidak dapat terangkat!





Trak besi ( steel track)





Roda atas (Road wheel) dan roda bawah (stop wheel) digunakan untuk menjepit trak, sehingga kereta tidak dapat terangkat keatas.

Roda roller coaster


Sistim pengereman

Seperti halnya kereta , roller coaster juga dilengkapi dengan sistim pengereman, hanya sistim pengereman tidak terdapat pada kereta, melainkan pada trak.
Pada saat darurat komputer akan menghidupkan sistim hydraulik yang akan menggerakan jepitan besi (Fin brakes) yang terpasang pada trak diposisi tertentu. Jepitan ini akan menimbulkan gesekan pada roda kereta rollercoaster, sehingga akan menghambat gerakan dan akhirnya dapat menghentikan laju kereta.
Pada roller coaster yang moderen digunakan sistim pengereman magnet (Magnetic brakes).
Sistim ini dapat bekerja optimal sekalipun di waktu hujan.


Umumnya pada setiap tubuh manusia bekerja gaya berat F= m x g,

F=gaya berat [Newton]
m=masa [kg]
g= gaya tarik bumi [kg/(m xsec^2)]
Gaya berat ini dikenal dengan nama 1 G.
Gaya berat ini selalu menunjuk arah tegak lurus ke bumi.

Gaya berat ini dapat dimanipulasi roller coaster sedemikian rupa, sehingga kita bisa "merasa" menjadi lebih berat ( > 1G) bahkan juga bisa menjadi lebih ringan (< 1G).

Bagaimanakah ini mungkin??

Dalam imu fisika dikenal adanya gaya centripetal (Centripetal force).

Apabila kita memutar suatu benda ( misal bola kecil diikat dengan benang, kemudian ujung benang tersebut kita putar).

Axis = poros
Velocity= kecepatan

maka bekerja pada bola tersebut gaya centripetal yang menarik bola kedalam, sehingga bentuk putaran akan menyerupai lingkaran.

Gaya yang menarik tangan kita kearah luar dikenal dengan gaya centrifugal (centrifugal force =Fz).
Gaya centrifugal sama besarnya dengan gaya centripetal hanya berlawanan arah.


Bentuk alur trak roller coaster yang berkurva, menjadikan pada pengendara bekerja gaya centrifugal.
Tergantung dikurva mana ia berada, gaya centrifugal dapat menyebabkan berat pengendara bertambah (G>1)atau berkurang (G<1).

Pada saat rollecoaster sedang menyelusuri track yang lurus (horisontal), bekerja pada tubuh anda gaya taik bumi sebesar 1G (gaya normal berat tubuh anda).

Ketika roller coaster melaju turun (lihat kurva yang rendah), gaya berat akan searah dengan gaya centrifugal, yang menyebabkan gaya keseluruhan bertambah (gaya yang searah akan dijumlahkan),
sehingga anda seperti merasa tertekan ke bawah (G>1).

Sebaliknya ketika roller coaster melaju naik (lihat kurva yang tinggi), gaya berat akan berlawanan arah dengan gaya centrifugal, sehingga gaya keseluruhan akan menjadi kecil ((gaya yang searah akan dikurangi).
Ini menyebabkan ada gaya yang seolah-olah menarik anda keatas (G<1).
Begitu juga bentuk kurva lainya dapat menyebabkan anda tertekan kesamping kanan dan kiri.


Batasan normal gaya G

Maksimal gaya yang diperbolehkan bekerja pada rollercoaster adalah 6G untuk arah vertikal, dan 2G untuk arah samping (lateral).
Dan ini semua bekerja untuk jangka waktu yang singkat.

Terlalu lama gaya ini bekerja pada manusia dapat mengakibatkan pingsan (black out)!.
Atau terlalu besar gaya ini bekerja pada manusia , dapat menyebabkan anggota tubuh cidera!

Untuk para perancang rollercoaster ini sudah memperhitungkan benar-benar, sehingga gaya yang timbul tidak berakibat fatal pada manusia.

Rollaercoaster ini tidak diperbolehkan untuk orang yang bertekanan darah tingggi, berpenyakit jantung dan wanita hamil!
Selain itu batasan minimal tinggi badan juga harus diperhatikan.


Tip untuk yang senang roller coaster

Fz = m x v^2/r

m =masa [kg]
v= kecepatan [m/sec^2]
r= radius [meter]

Gaya centrifugal ini semakin besar jika radius kurva diperkecil atau kecepatan ditambahDengan melihat rumus diatas, anda dapat mengaplikasikannya pada tempat duduk mana anda dapat memperoleh efek (G<1) yang lebih intensif.
Jika anda duduk di kursi paling belakang, maka ketika kereta rollercoaster meluncur kebawah, kecepatan yang anda alami akan lebih besar.
Kecepatan ini akan menyebabkan gaya centrifugal bertambah besar secara quadrat!!
Efek yang anda alami tentunya akan lebih besar!!