8.4.2弹性绳
(1)高空蹦极的弹性绳在弹跳者设计载荷范围内其最小伸长量应当不小于无载长度的2.5倍,对所有形式蹦极的弹性绳在最大动载荷下最大伸长量应当不超过无载长度的4倍:
点评:
1、蹦极游玩过程中乘客加速度是如何变化的
这里的加速度是设计加速度,不是运行加速度。
当乘客刚开始下落时,弹性绳尚未被拉伸,此时乘客只受重力作用,因此加速度为重力加速度g。
随着弹性绳的逐渐拉伸,弹性绳的弹力开始增加,乘客所受的合力减小,加速度也随之减小。当弹性绳的弹力等于乘客的重力时,乘客所受的合力为零,此时加速度为零,速度达到最大。
之后,随着弹性绳的继续拉伸,弹力开始大于重力,乘客所受的合力方向向上,加速度方向也向上,乘客开始减速。直到乘客到达最低点,速度为零,此时弹性绳的伸长量最大,弹力也最大。
2、蹦极弹性绳伸长量与加速度的关系
蹦极弹性绳的伸长量和乘客的加速度是等效的,定义了伸长量,就相当于定义了加速度。
因此,国家标准如果定义了蹦极弹性绳的伸长量,就不要再定义加速度范围,如果定义加速度范围,就不要再定义弹性绳伸长量。
3、为什么说蹦极弹性绳的伸长量和乘客的加速度是等效的
这涉及到游乐设施加速度的本质。
游乐设施加速度的本质是惯性力,它反映了乘客在游乐设施运动过程中直接加载在身上的力。如果不理解这句话,就不能正确理解游乐设施加速度。
这种加速度与物理学中的加速度不同,物理学中的加速度是在惯性坐标系下,利用速度的变化去计算的(即速度对时间求导计算加速度),而游乐设施的加速度则是在非惯性坐标系下,通过乘客自身承受的惯性力除以乘客质量来计算的。
具体来说,游乐设施的加速度是由设备运动过程中产生的各种惯性力(包括平动惯性力和转动惯性力,其中转动惯性力又包括欧拉力、离心力、科氏力等)以及重力等共同作用的结果。这些力共同作用于乘客身上,形成乘客所感受到的加速度。
而在蹦极上,乘客受到的惯性力,表现为蹦极弹性绳的伸长量。即胡克定律:
在弹性限度内,固体材料受力之后,材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系。满足胡克定律的材料称为线弹性或胡克型(英文Hookean)材料。胡克定律的表达式为:
F=-kx或△F=-kΔx,
4、游乐设施加速度计算的目的
此外,需要注意的是,游乐设施的设计加速度与物理学中的加速度是两个不同的概念,它们之间不能混为一谈。
设计加速度是游乐设施设计过程中的一个重要参数,它反映了乘客在游乐设施运动过程中可能承受的最大载荷,对于确保游乐设施的安全性和乘客的舒适度具有重要意义。
5、为什么国家标准要求蹦极伸长量还要要求加速度
如国家标准定义人体合成加速度应当不超过4.5g。
最小伸长量的倍数,已经决定了最大加速度的值,所以个人觉得再要求加速度,有点画蛇添足。