과학 교사가 롤러코스터에 센서를 달아봤다 ~빅선더마운틴 편~
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
센서를 한 손에 들고 도쿄 디즈니랜드의 롤러코스터, 빅 선더 마운틴과 스플래시 마운틴을 타고 왔습니다. 가이드북에는 절대 나오지 않는 이런저런 재미있는 사실을 알아낼 수 있었습니다.
지난번에는 스플래시 마운틴에서 얻은 데이터를 분석해 보았는데, 이번에는 빅 선더 마운틴에서 얻은 데이터를 분석해 보겠습니다. 스플래시 마운틴의 데이터 분석 결과와 왜 이런 일을 하게 되었는지에 대한 자세한 이야기는 이 글을 참고해 주세요.
많은 분들이 알고 계시겠지만, 빅 선더 마운틴은 이런 놀이기구입니다. 다른 분이 촬영한 영상이지만, 아직 타보지 않은 분이라면 꼭 한번 보세요.
데이터가 들려주는 놀이기구의 ‘진짜 모습’
그럼 바로 본론으로 들어가 보겠습니다. 저는 롤러코스터를 정말 못 타는 사람인데도 빅 선더 마운틴에 직접 올라탔습니다. 솔직히 말하면 정말 무서웠습니다. 다시는 타고 싶지 않을 정도였습니다(측정을 위해 무려 두 번이나 타야 했습니다).
사실 롤러코스터 같은 놀이기구가 무서운 이유는 단순히 빠르기 때문만은 아닙니다. 몸에 작용하는 가속도가 순간순간 크게 변하면서 어디서 어떻게 흔들릴지 예측하기 어려운 움직임이 발생하기 때문입니다. 인간의 평형 감각은 이런 급격한 변화에 매우 민감하게 반응하도록 되어 있습니다.
그렇게 측정한 가속도와 고도 데이터는 여기에서 확인할 수 있습니다.
빅 선더 마운틴은 최대 낙차가 약 9.9m라는 것을 알 수 있었습니다(첫 번째 주행에서는 9.6m, 두 번째 주행에서는 9.9m와 9.0m). 가장 높은 지점은 승강장에서 약 9.5m 높이에 있습니다. 또 한 번의 탑승 시간은 약 3분으로, 스플래시 마운틴보다 짧다는 것도 알게 되었습니다.
흥미로운 점은 세 번에 걸쳐 ‘위치 에너지를 다시 충전’하면서 그 에너지를 운동 에너지로 바꾸어 달리는 구조라는 것입니다. 즉, 이 롤러코스터는 한 번에 높이 올라갔다가 한 번에 떨어지는 것이 아니라, 여러 개의 작은 언덕을 차례차례 넘어가는 구조로 되어 있습니다.
이는 롤러코스터의 모터가 주행 내내 작동하는 것이 아니라, 처음에 체인으로 끌어올릴 때 얻은 위치 에너지를 주행 중 계속 운동 에너지로 바꾸어 사용하기 때문입니다.
계산해 보니 알 수 있었던, 공식에는 나오지 않는 최고 속도
역학적 에너지 보존 법칙을 이용해 (※) 최고 속도를 계산해 보았습니다. 그 결과 13.9m/s, 시속으로 환산하면 약 47.5km/h가 나옵니다.
아마 공식 자료에는 나와 있지 않은 정보일 텐데, 생각보다 상당히 빠르죠. 도시의 도로를 달리는 자동차의 제한 속도에 가까운 속도가 저 작은 코스 안에서 나온다는 사실이 의외라고 느끼는 분도 많을 것 같습니다.
또한 가속과 감속이 매우 격렬하게 반복된다는 것도 알 수 있습니다(이는 코스에 있는 세세한 높낮이 변화 때문인 것으로 보입니다). 결국 탑승자는 계속해서 몸을 크게 흔들리게 되는 셈인데, 이것이 스플래시 마운틴과의 큰 차이점이라고 할 수 있을 것 같습니다.
스플래시 마운틴이 ‘한 번의 거대한 낙하’로 공포를 만들어낸다면, 빅 선더 마운틴은 ‘작고 강한 흔들림을 끊임없이 이어가는 방식’으로 공포를 만들어낸다고 데이터에서도 확인할 수 있습니다.
같은 롤러코스터라도 놀이기구를 설계한 방식과 공포를 만들어내는 방법이 완전히 다르다는 점이 정말 흥미로운 발견입니다.
참고로 스플래시 마운틴과 빅 선더 마운틴의 분석에 사용한 원본 데이터도 공개합니다. 직접 데이터를 분석해 보고 싶은 분이라면 자유롭게 활용해 보세요.
스프레드시트로 정리한 데이터
빅 선더 마운틴 고도・가속도 원본 데이터
분석한 데이터
빅 선더 마운틴 고도・가속도 분석 데이터
※ 낙차를 이용해 속도를 계산하는 방법은 이 글을 참고해 주세요.
이 데이터를 이용해 후지산이나 스플래시 마운틴의 속도도 직접 계산해 봅시다.
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