OIL TOWERS 3B

OIL TOWERS

Le Oil Towers sono due torri di caduta della tipologia "Space Shot e Turbo drop" costruite nel 1997. Hanno entrambe un'altezza di 60 metri. La Oil Tower 1, detta anche Columbia, è in grado di catapultare un passeggero fino alla velocità di 80 km/h con un picco di accelerazione pari a due volte l’accelerazione di gravità (+2g). La Oil Tower 2, detta anche Discovery, dopo aver fatto salire il carrello fino alla sommità, farà precipitare il passeggero fino alla velocità di 65 km/h sollevandolo dal sedile con una spinta pari a -2g.

Le Oil Towers sono una delle attrazioni più apprezzate del parco tematico di Mirabilandia. Sono state costruite nel 1997 ed in origine vennero chiamate Twin Towers, questo nome venne però cambiato in seguito al tragico attentato dell'11 settembre. Ora sono chiamate Columbia e Discovery ed oggi vi spiegherò la fisica che permette il loro perfetto funzionamento.

CLASSE 3Bs

2024

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ProfF. G.brandi, G.ferrari, A.franchi, A.mainardi, F.perugini e L.tirincanti

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OIL TOWERS

Le Oil Towers sono due torri di caduta della tipologia "Space Shot e Turbo drop" costruite nel 1997. Hanno entrambe un'altezza di 60 metri. La Oil Tower 1, detta anche Columbia, è in grado di catapultare un passeggero fino alla velocità di 80 km/h con un picco di accelerazione pari a due volte l’accelerazione di gravità (+2g). La Oil Tower 2, detta anche Discovery, dopo aver fatto salire il carrello fino alla sommità, farà precipitare il passeggero fino alla velocità di 65 km/h sollevandolo dal sedile con una spinta pari a -2g.

OIL TOWERS: Il LANCIO

Quando i passeggeri salgono sulle montagne russe della torre di caduta, vengono fissati saldamente ai loro posti. La corsa inizia con un potente meccanismo di lancio che spinge il carrello verso l'alto. Questo lancio può essere ottenuto attraverso differenti metodi: Indipendemente dal metodo utilizzato, il lancio è progettato per fornire una forza sufficiente per superare la gravità e spingere i passeggeri verso l'altezza massima

• Sistemi idraulici
• Propulsione magnetica

SISTEMI INERZIALI E NON INERZIALI

Le Oil Towers sono un sistema di riferimento non inerziale

Un sistema di riferimento è un ambiente rispetto al quale viene osservato un certo fenomeno fisico e all'interno del quale vengono effettuate determinate misurazioni. Un sistema di riferimento può essere definito inerziale o non inerziale: un sistema di riferimento inerziale è detto tale quando vale il primo principio della dinamica (chiamato anche, appunto, principio d'inerzia) e dunque quando l'osservatore è fermo o si muove di moto rettilineo uniforme. Invece in un sistema non inerziale l'osservatore è sottoposto ad accelerazioni. Tutte le volte che un sistema di riferimento non è inerziale nascono al suo interno delle forze dette apparenti o fittizie. Esse sono dette tali perchè non sono forze che un corpo imprime ad un altro corpo, ma unicamente legate allo stato di accelerazione.

V=costante

Le forze apparenti

Una delle cose che rende la giostra divertente è il senso di "vuoto" o di "pesantezza" che si avvertono grazie all'effetto delle forze apparenti.Le forze apparenti o fittizie possono essere di vario genere; nel caso delle Oil Towers la forza apparente che si sperimenta è il cosiddetto peso apparente. In base alla direzione dell' accelerazione applicata dalla giostra sui passeggeri, essi si sentiranno più leggeri o più pesanti. Nel caso in cui l'accelerazione ha verso opposto a quella di gravità ci sentiremo più pesanti, mentre in caso contrario ci sembrerà di 'pesare' meno.Un osservatore esterno che guarda una persona mentre sta facendo la giostra non si accorgerà di questa forza apparente anche se il passeggero ne sta risentendo.

moto uniformemente accelerato

Nelle Oil Towers si ritrova anche la legge oraria del moto uniformemente accelerato (h=½at²+v₀t+h₀) in quanto i due carrelli accelerano uniformemente.

T2

FORZE NON CONSERVATIVE

Sono quelle forze che causano la dissipazione di energia e quindi invalidano il principio di conservazione dell'energia meccanica.

Nelle Oil towers, ad esempio,non si verifica il principio di conservazione dell'energia meccanica a causa dell’attrito tra il carrello e la rotaia che dissipa l'energia cinetica in energia termica, ossia calore, e anche per l’attrito con l’aria.Dunque a causa della perdita di energia si avrà una velocità sperimentale minore di quella teorica.

Etot

L' ENERGIA MECCANICA

Una grandezza fisica che non si conserva rigorosamente è l’energia meccanica, poiché sono presenti forze esterne non conservative (come per esempio gli attriti con l’aria e con la rotaia). L’energia meccanica totale è data dalla somma dell’energia cinetica (½mv²) e dell’energia potenziale gravitazionale (mgh) e se la somma rimane costante, l'energia meccanica si conserva; però nel caso delle Oil Towers la somma non rimane esattamente costante.

massima energia potenziale (velocità=0)

massima energia cinetica

GLI attriti sulle giostre

L'obiettivo ideale degli ingegneri che costruirono le attrazioni del parco divertimenti Mirabilandia è sempre stato quello di progettare le giostre affinché non ci fosse alcun tipo di attrito così da far raggiungere ai passeggeri velocità più alte; l’annullamento totale delle forze non conservative però sulle attrazioni è impossibile. A causa dell’attrito con l’aria e dei contatti di sfregamento tra le superfici rotaia-carrello, saranno sempre presenti forze non conservative e l’unica possibilità per gli ingegneri è stata perciò quella di ridurre al minimo questo tipo di forze. I progettisti delle giostre hanno perciò utilizzato superfici il più possibile lisce, come cuscinetti ad alto scorrimento appositamente lubrificati, ed infine hanno reso la struttura la più aerodinamica possibile evitando l'inserimento di superfici piene che avrebbero bloccato il flusso d’aria e dunque aumentato l’attrito con quest' ultima.

OIL TOWERS: DECELERAZIONE CONTROLLATA

Quando le montagne russe si avvicinano alla fine della caduta libera, è fondamentale garantire una decelerazione regolare e controllata. Vengono utilizzati freni o sistemi magnetici per rallentare gradualmente i carrelli, prevenendo eventuali sobbalzi improvvisi che potrebbero risultare molto scomodi per i passeggeri. Questa attenta decelerazione garantisce un'esperienza sicura e piacevole.

OIL TOWERS: funzionamento meccanico

Ad oggi esistono 2 tipologie di torri di caduta: quelle che sfruttano un sistema di frenatura magnetica e quelle che usano un sistema basato sull'aria compressa. Le Oil Tower sfruttano quest'ultimo

-SISTEMA AD ARIA COMPRESSA:

dentro al fusto della torre c'è un serbatoio di accumulo d'aria circondato da altri 4 più piccoli, detti di lancio, con dei pistoni all'interno.

ad ognuno di essi è collegato un cavo che tramite una carrucola al vertice della torre si congiunge al carrello

il movimento dei pistoni fa sì che il carrello vada in verso opposto. Ogni ciclo inizia con i pistoni che sono spinti verso l'alto così che scendendo, trainino i carrelli verso l'alto

Per far sì che le gondole possano tornare verso terra si utilizza dell’aria ad alta pressione che precedentemente era immagazzinata in un accumulatore esterno che viene riversata sui pistoni per farli salire verso l’alto.

Quando questi raggiungono la sommità della torre l’aria residua si comprime al massimo e assorbe l’energia cinetica del carrello rallentandolo prima di farlo ripartire verso il basso come se fosse una molla compressa.

Questa oscillazione avviene diverse volte per far perdere al carrello velocità e alla fine i serbatoi si depressurizzano consentendo alla gondola di tornare a terra.

- SISTEMA MAGNETICO:

I carrelli viaggiano su binari fissati al fusto della torre e per far in modo che possano salire vengono calati dall’alto degli appositi vagoni di raccolta che si agganciano ai carrelli alla base della torre.

Dopodichè li trascinano fino alla sommità di essa per poi lasciarli cadere.

il sistema frenante è posto alla base della torre ed è costituito da 2 file di piastre metalliche parallele ai binari che si allineano con dei magneti montati sui carrelli che sono accoppiati a due a due (come delle pinze) in modo da lasciare tra essi lo spazio sufficiente al passaggio delle piastre.

Al passaggio del carrello un sistema attiva delle correnti elettriche parassite (o di Foucault) che generano campi magnetici temporanei i quali, a loro volta, creano una forza che si oppone alla caduta del carrello.

Questa forza è proporzionale alla quantità di corrente che passa attraverso le piastre la quale, a sua volta, è proporzionale alla velocità del carrello; quindi la forza frenante sarà massima quando il veicolo passerà sopra le piastre e diminuirà con il diminuire della velocità del carrello.

risultato: una decelerazione graduale e sicura

OIL TOWERS: funzionamento meccanico

VANTAGGI:

SISTEMA AD ARIA COMPRESSA: uno dei vantaggi di questo sistema è che è costituito da un unico circuito e che la quantità d’aria da impiegare può essere scelta consentendo di variare l'accelerazione di caduta. Questo sistema può anche essere invertito facendo entrare l’aria dall’alto del serbatoio anziché dal basso raggiungendo accelerazioni maggiori (fino a 4g)

SISTEMA A FRENAMENTO MAGNETICO: questo sistema è piuttosto diffuso perché converte l’energia cinetica in calore senza che agiscano attriti che possono causare deformazioni alla struttura. E’ inoltre sicuro perchè è in grado di funzionare anche in caso di interruzione della corrente.

FINE

FONTI

https://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principalehttps://www.youtube.com/ https://www.mirabilandia.it/ https://www.youmath.it/lezioni/fisica/moti-relativi/3360-sistema-inerziale.html https://www.youtube.com/watch?v=av-WqguS8UIhttps://www.youtube.com/watch?v=LooZ7gqzTC8 1 la fisica di cutnell e jonhson meccanica e termodinamica(capitolo 1 sistemi di riferimento inerziali e non inerziali)

grazie per l'attenzione!

QUESITI

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https://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principalehttps://www.youtube.com/ https://www.mirabilandia.it/ https://www.youmath.it/lezioni/fisica/moti-relativi/3360-sistema-inerziale.html https://www.youtube.com/watch?v=av-WqguS8UIhttps://www.youtube.com/watch?v=LooZ7gqzTC8 1 la fisica di cutnell e jonhson meccanica e termodinamica(capitolo 1 sistemi di riferimento inerziali e non inerziali)

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1)A quale altezza arriveranno i passeggeri delle giostre sapendo che la loro accelerazione di lancio è pari 2g (g=9,81) dopo 3 secondi? 2)Quale accelerazione si raggiunge durante la caduta verso il basso del carrello? 3)Come ti sei sentito quando la giostra ti ha spinto verso l’alto? Per quale motivo? 5)In quale forma di energia si converte l’energia dissipata per via degli attriti?

• 39 m
• 20 m
• 56 m
• 124 m

• -9,81 m/s²
• -19,6 m/s²
• 5,3 m/s²
• 12,1 m/s²

• più pesante
• più leggero
• normale

• energia cinetica
• energia potenziale
• energia termica

ALTRI QUESITI

FONTI

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Grafico velocità-tempo

v (m/s)

6)Il seguente grafico è relativo alla torre Space Shot: quali velocità possiede il carrello nelle inversioni di moto? In quali intervalli di tempo l’accelerazione è massima, in quali minima e in quali nulla? Negli istanti in cui l’accelerazione è nulla come si comporta il carrello? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

t (s)

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