놀이기구 속에 숨겨진 과학의 원리 : 5편 혜성특급, 아트란티스

놀이기구 속에 숨겨진 과학의 원리

<5편 : 혜성특급, 아트란티스>

• 롤러코스터는 어떻게 만들어졌나

  놀이기구하면 제일 먼저 떠오르는 롤러코스터는 1,600년경 러시아에서 만들어진 얼음 슬라이드에서 비롯되었다고 합니다. 50도의 나무경사로 된 나무 구조물에 두꺼운 얼음판을 덧입힌 단순한 구조물의 슬라이드 위에서 얼음썰매를 타고 맞은 편의 상승면으로 올라가는 단순한 형태였습니다.

 

  1817년에 썰매의 날을 바퀴로 교체하고 차량을 서로 연결한 롤러코스터가 파리에서 만들어졌지만, 이것은 탄광열차와 같은 형태였습니다. 경사진 철로 레일을 만든 진정한 롤러코스터가 만들어지기까지는 60년의 세월이 더 걸렸다고 합니다.

 

• 1세대 롤러코스터

  현대와 같은 롤러코스터는 1884년 미국의 톰슨에 의해 만들어졌습니다. 기존의 썰매 언덕을 닮은 320m의 기다란 목조 구조물로 만들어졌으나, 타는 사람이 승강장에 올라 차량을 밀고 타야했고 반대쪽에 도달하면 인부들이 반대쪽 승강장까지 차량을 밀어야 하는 등 굉장히 불편하게 제작되었습니다. 이와 같이 제작된 1세대 롤러코스터는 나무로 만들어진 단순한 형태였다고 볼 수 있습니다.

 

• 2세대 롤러코스터

  2세대 롤러코스터는 나무가 아닌 철을 이용하여 만들어져, 1세대 보다 훨씬 간단한 구조로 만들 수 있었습니다. 뿐만 아니라 철로 만들었기 때문에 무거운 것도 견딜 수 있어 많은 사람이 탈 수 있었고, 레일을 나선형으로 꼬기도 하고 360도 회전도 할 수 있게 되었습니다.

 

• 3세대 롤러코스터

  혜성특급과 같은 3세대 롤러코스터는 기존 롤러코스터가 좌석에 앉아서만 탔던 것과는 달리 좌석 자체가 서서 타는 형태이거나 아래로 매달려 타는 형태처럼 좌석 자체에 변화를 주게 되었습니다. 혜성특급의 경우 좌석이 360도 평행회전하는 형태의 롤러코스터이며, 탑승자들의 무게에 따라 다양한 회전운동을 하기 때문에 그 스릴감이 더욱 극대화된 것이 특징입니다. 

 

• 4세대 롤러코스터

  기존의 롤러코스터는 전기로 일정 위치까지 올라가 위치에너지를 얻어 운동에너지로 달렸습니다. 하지만 4세대 롤러코스터인 아트란티스와 같은 롤러코스터들은 시작점의 궤도 가운데에 좌석을 달아 열차가 들어오는 앞부분에서는 당겨주고, 전자석의 뒷부분은 반발력으로 밀어줘 마치 '펑'하고 터지는 듯한 '급발진 시스템'을 사용합니다. 때문에 열차가 시작부터 운동에너지를 얻어 빠른 속도로 달릴 수 있게 해줍니다.

 

• 롤러코스터의 안전시스템

  앞서 설명한 바와 같이 롤러코스터는 단순히 전기를 이용해서 만들어지는 것이 아니라, 위치에너지를 운동에너지로 전환하고 원심력과 구심력의 작용에 의한 정확한 계산과 설계에 의해 만들어 열차가 안전하게 궤도를 달릴 수 있도록 제작된 것입니다. 그럼에도 불구하고 혹시나 모를 안전사고를 위해 롤러코스터에는 다양한 안전시스템을 장착해두고 있습니다.

 

  먼저, 롤러코스터에는 '속도를 측정하는 브레이크'가 설치되어 있어 레일 중간중간에서 측정계를 통해 속도를 측정합니다. 이 측정 수치에 따라 레일에 달려있는 브레이크를 작동시켜 속도를 조절하여 일정 속도 이상을 낼 수 없도록 하고 있습니다.

 

  또한 롤러코스터에는 추가적인 안전장치가 열차 하부에 만들어져 있습니다. 후렌치레볼루션 편에서 설명했던 것처럼 바퀴가 레일을 감싸는 형태로 만들어 열차의 이탈을 방지하거나, 레일 내부로 바퀴를 위치시켜 열차가 레일을 벗어나지 않도록 제작하기도 합니다.

 

• 꿀팁 : 롤러코스터는 뒤에서 타야 더 재미있다?

  롤러코스터를 탈 때는 앞자리에 타는 것보다 뒷자리에 타야 더 재미있다는 이야기가 있는데 이는 어느 정도 사실이라고 볼 수 있습니다. 특히 후렌치레볼루션과 같이 열차가 긴 경우에 더욱 더 그러한데, 열차의 뒷자리에서는 앞자리에서 전환된 운동에너지와 함께 위치에너지가 결합되어 작용하기 때문에 조금 더 스릴있게 느껴집니다.

 

  더불어 야외에 있는 롤러코스터의 경우 비가 살짝 내리거나 습도가 높은 날에는 레일 표면의 마찰력이 감소하여 속도가 조금 더 빨라진다고 합니다. 이런 날에는 롤러코스터 뒷자리에 타게될 경우 더욱 더 높은 강도의 스릴을 느낄 수 있습니다.

 

 

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