지난 시간에 롤러 코스터의 사전적 의미 정의에 대해서 이야기 하였습니다. 다시 한 번 간단하게 이야기 하면 물리적으로 롤러코스터는 위치에너지를 운동에너지로 변환하여 달리도록 만들어진 놀이기구라고 말할 수 있겠습니다.

그럼 간단한 그림과 수식을 통해 한 번 나타내 보겠습니다. 롤러 코스터가 각각의 위치에서 갖게 되는 전체 에너지를 E_t 라고 표현하면 E_t는 크게 위치에너지(Gravitational potential Energy, E_p) 와 운동에너지 (Kinetic Energy, E_k )로 나눌수 있습니다(그림 참조).

 각각의 지점(A – F)에서의 E_t 는 에너지 보존의 법칙에 따라 동일합니다. 이 때 단지 위치에너지와 운동에너지의 양만 바뀔뿐입니다. 예를 들어 지점 출발점A에서의 전체에너지 와 지점 B에서의 전체 에너지양은 갔습니다. 하지만 각각의 지점에서의 위치에너지와 운동에너지는 다릅니다(A 지점에서의 위치에너지는 B 지점에서의 위치에너지 보다 크지만 A지점에서의 운동에너지는 B 지점에서의 운동에너지보다 작습니다).

지점A에서는 롤러코스터가 움직이지 않지 때문에 단지 위치에너지만 존재합니다. 롤러 코스터가 움직이기 시작하면서 이 위치에너지양은 줄어들고 이 줄어든 위치에너지는 운동에너지로 바뀌게 됩니다. 그렇다면 B 지점에서 C 지점으로 갈때는 어떤 현상이 일어 날까요? 처음과 마찬가지로 전체 에너지양은 변하지 않습니다. 하지만 C지점이 B 지점보다 지상에서 더 높게 위치하기 때문에 위치에너지양은 늘어나게 됩니다. 반대로 운동에너지량은 위치에너지가 늘어난 만큼 줄어들게 되고 이로인해 롤러코스터의 속력이 줄어들게 됩니다. 마지막 지점 F에서도 전체 에너지양은 다른 지점과 동일하지만 위치에너지는 존재하지 않고 운동에너지만 존재 합니다. 즉 출발점A 지점의 위치에너지가 F 지점에서 모두 운동에너지로 변환된것입니다. 

지금까지 롤러 코스터의 원리를 Physics를 이용하여 설명 드렸습니다. 부족하지만 저희 설명이 도움이 되셨으면 합니다. 휴일날 가족과 함께 놀이 공원에서 Physics에 관하여 이야기 하여 보면 어떨까 합니다. 이런 질문과 함께요 

“과연 롤러 코스터가 출발점 A 지점보다 높은 곳에 올라 갈 수 있을까요?”