가상연구소

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롤러코스터는 정상에서의 위치에너지가 운동에너지로 변환되면서 높이가 낮은 지점에서 빠른 속도로 운동하게 되고, 이때 충분히 높은 운동에너지를 갖는다면 궤도를 이탈하지 않고 원 궤도를 돌 수 있게 된다. 마찰과 공기저항이 없는 경우에는 역학적 에너지 보존이 성립하게 되고, 만약 원 궤도의 반지름을 안다면 궤도를 이탈하지 않고 원 궤도를 돌 수 있는 초기 조건(속도 및 높이)을 정확하게 계산할 수 있다. 그러나 물체와 궤도 사이의 마찰과 공기 저항이 존재하는 경우에는 그러한 초기 조건을 정확하게 구하기 어렵고, 역학적 에너지 또한 보존되지 않는 상황이 된다. 본 시뮬레이션에서는 마찰과 공기저항이 존재하는 상황에 대해 궤도의 모양과 초기 조건을 바꿔가면서 롤러코스터의 운동이 어떻게 달라지는지 알아보고, 원 궤도를 무사히 돌기 위한 초기 조건이 어떻게 주어져야 하는지 알아보고자 한다.

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