Las montañas rusas utilizan sólo un motor en el inicio de su recorrido: para poder llegar hasta la altura indicada para luego iniciar la aventura. En lo que sigue del recorrido no se utiliza ningún mecanismo mecánico para ayudar a completar la trayectoria. Esto se debe a que el principio del funcionamiento de las montañas rusas se basa en la ley de la conservación de la energía.
En este caso, dichas energías son la energía cinética y la
energía potencial. La energía cinética es aquella que está presente en todo
movimiento, es la energía del movimiento. Mientras mayor sea la velocidad,
mayor será la energía cinética que ese cuerpo posea. Por otro lado, la energía
potencial refiere la energía de posicionamiento. Así, la energía potencial gravitatoria, y como
bien dice su nombre, refiere a la energía en torno a la posición de un cuerpo
en relación a la gravedad. Imagina que sujetas un cuerpo con tu mano a una
altura de 1 metro del suelo. Ese cuerpo tiene la capacidad de producir energía
cinética, dado que si se lo suelta adquiere velocidad. Esa capacidad de
producir energía es justamente la energía potencial. El cuerpo a 1 metro del
suelo tiene cierta energía potencial, pero a 2 metros tiene mayor energía
potencial, a 3 metros tiene más, y así siguiendo.
Ahora bien, ¿Cómo se relaciona esto con la montaña rusa?
Primero tenemos que remitirnos a una de las leyes fundamentales de la física:
la conservación de la energía. Ésta dice que la energía no se crea ni se
destruye, sino que se transforma. Es decir, la cantidad total de energía
siempre se mantiene constante. Si se retoma esto a las energía cinética y
potencial, vemos algo muy peculiar. El cuerpo que se encuentra a 1 metro de
altura tiene cierta energía potencial. Cuando se lo suelta, adquiere energía
cinética. Entonces, ¿Cual es la energía cinética del cuerpo antes de chocar
contra el suelo? ¡La misma que la energía potencial que tenía antes de
soltarlo! La energía siempre se mantiene constante. Así, si al cuerpo se lo
soltase desde 2 metros, la energía cinética que adquiriría seria el doble que
si se lo soltase de 1 metro.
Este fundamento usan las montañas rusas. Una vez que
ascienden para luego dejarse caer e iniciar su recorrido, utilizan la
conservación de la energía para funcionar. Cuando se encuentra a una cierta
altura, tiene energía potencial. Cuando desciende, ésta se transforma en
energía cinética, la cual le permite volver ascender para luego descender, así
se forma un ciclo de transformación de la energía en potencial y cinética
sucesivamente. Esto permite que las montañas rusas puedan funcionar sin ninguna
ayudar mecánica externa, sino hacerlo solo con la utilización de las leyes de
la física.
De todos modos, hay que tener en cuenta la fricción
producida por lo rieles. Ésta desacelera la velocidad de la montaña rusa,
produciendo que la energía total neta no sea totalmente mecánica. Es decir,
parte de la energía se pierde en calor por la fricción. De todos modos, la
energía total sí permanece constante, dado que si se sumasen la energía
potencial y cinética más el calor perdido por fricción, el resultado siempre
sería mismo, constante. De este modo, a la hora de diseñar las montañas rusas,
los ingenieros siempre tienen que dejar un margen para la pérdida de energía
por la fricción.
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