Aplikasi Fisika: 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”.

Gambar Roller Coaster
(http://www.findingdulcinea.com)

Konsep Fisika dalam roller Coaster:

• 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.
• Energi Kinetik (EK), yakni energi yang dihasilkan oleh roller coaster karena geraknya (dalam hal ini kecepatan), bernilai nol di posisi puncak lintasan.
• Dinamika roller coaster (percepatan & perlambatan), 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.
• Gaya Gravitasi, yakni gaya (interaksi) yang disebabkan oleh tarikan massa bumi terhadap massa tubuh. (karena massa bumi jauh lebih besar dibandingkan dengan massa tubuh).
• Hukum konservasi energi. Dalam proses perubahan energi Ek menjadi Ep dan Ep menjadi Ek ini, sebagian energi diubah menjadi energi panas (kalor) karena adanya gesekan (friksi), misalnya roda roller coaster dengan rel lintasan. Energi total sistem tidak bertambah atau berkurang. Energi hanya berubah bentuk, misal: Ek, Ep, kalor.
• 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.

Prinsip kerja roller coaster:

Roller coaster dinaikkan terlebih dahulu ke puncak bukit pertama pada lintasan dengan menggunakan semacam ban berjalan,  seperti pegangan tangan pada tangga berjalan (eskalator). Di naikkan ke puncak dengan tujuan agar kereta memiliki energi potensial yang besar.  Puncak bukit pertama dibuat lebih tinggi dari puncak bukit selanjutnya, tujuannya agar roller coaster memiliki energi potensial yang cukup besar sehingga mampu melintasi seluruh lintasan dengan baik. Dari puncak yang paling tinggi itulah roller coaster meluncur, saat meluncur  turun, kecepatan roller coaster semakin lama semakin tinggi, dan   akan kembali naik dengan cepat menuju langit, pada saat naik sampai ke tempat yang paling tinggi, kecepatan akan berkurang dan memiliki energi potensial, kemudian bergerak kembali meluncur ke bawah. Pada saat bergerak ke bawah, energi potensial  akan berubah menjadi energi kinetik (energi gerak). Semakin ke bawah maka kecepatan geraknya akan semakin bertambah, namun  energi potensialnya semakin kecil, sedangkan energi kinetiknya semakin besar. Ketika roller coaster yang memiliki energi kinetik yang besar,  kembali naik ke tempat yang tinggi, dan kecepatannya akan menurun sedikit demi sedikit, hal ini karena energi kinetik berkurang, sedangkan energi potensialnya akan kembali bertambah. Perubahan energi potensial menjadi energi kinetik, dan perubahan energi kinetik menjadi energi potensial yang terjadi secara terus menerus inilah yang membuat roller coaster yang tidak memiliki mesin dapat bergerak dengan cepat.

Referensi:
http://fhannum.wordpress.com
http://kebebasan2013.blogspot.co.id