Американские горки могут вызывать рвоту и слезы, но они также являются захватывающими примерами сложной физики в действии.

Чтобы проехать цепочку автомобилей через множество падений, переворачиваний, перекатов и запусков, требуется команда инженеров-механиков, анализирующих такие концепции, как силы, ускорение и энергия. Чтобы получить представление о науке, лежащей в основе наших любимых аттракционов, мы поговорили с Джеффри Роудсом, профессором школы машиностроения Пердью и создателем университетского класса динамики американских горок.

Завершение схемы

Начнем с основ. Американские горки, как и все остальное, должны подчиняться закону сохранения энергии, а это означает, что поезд может идти только настолько быстро и настолько, насколько позволяет количество накопленной (потенциальной) энергии.

Потенциальная энергия обычно исходит от подъема поезда в гору с помощью цепи или троса. Когда поезд спускается с холма, потенциальная энергия превращается в движущуюся (кинетическую) энергию; чем быстрее идет поезд, тем больше у него кинетической энергии.

Кинетическая энергия превращается обратно в потенциальную, когда автомобили поднимаются на последующие холмы. Поскольку автомобили неизбежно теряют энергию из-за трения и сопротивления воздуха, это самая высокая точка на традиционных горках (подумайте: Six Flags Magic Mountain’s Голиаф или же Искаженный колосс едет) почти всегда первая горка. Если будет еще одно крупное падение выше первого, дизайнеры добавляют больше подъемов (подумайте: большое падение в конце Disney's Splash Mountain).

Некоторые подстаканники опускаются более чем на 90 градусов, изгибаясь внутрь на вершине подъемного холма, как на Вальравн в Сидар-Пойнт. Физика в игре такая же, но Роудс говорит, что эти капли могут дать более острое ощущение невесомости.

Другие подставки, такие как Kingda Ka Six Flags Great Adventure или Top Thrill Dragster Cedar Point, накапливают свою энергию в пусковых установках, поршнях для пинбола с приводом от давления жидкости или воздуха или в электромагнитах, встроенных в гусеницу и автомобили. Подстаканники не требуют гигантских подъемников (что экономит много места) и предлагают другой вид предвкушения. По словам Роудса, большие парки хотят разнообразных впечатлений от райдеров, и подстаканники - отличный способ изменить это ощущение.

Петли, перевороты и повороты

Инженеры генерируют острые ощущения за счет ускорения - в основном изменяя скорость гонщиков искусно спроектированным, неестественным образом. Инженеры Coaster используют законы движения Ньютона, чтобы заставить райдеров почувствовать объединенные силы тяжести и ускорения, которые создают захватывающее и необычное ощущение тела. Петли, штопоры и крутые повороты вынуждают гонщиков. тела по вертикали и горизонтали расчетными способами.

Вы когда-нибудь задумывались, почему петли имеют форму капли, а не круглую? Задача состоит в том, чтобы спроектировать переходы в цикл и из него », - говорит Роудс. «Вы должны убедиться, что не вызываете рывков или изменений ускорения, которые могут привести к хлыстовой травме. Все, что движется по кругу, испытывает другой вид ускорения, называемый центростремительным ускорением, которое тем больше, чем быстрее едет машина или чем меньше круг. Круговая петля вызовет толчок от внезапного увеличения центростремительного ускорения. Каплевидная форма контролирует это ускорение, облегчая всаднику прохождение петли и предотвращая рывки.

А еще есть кувырки, которые могут дезориентировать гонщиков по-разному. Инлайн-повороты - это кувырки, которые вращают поезда по рельсам, но сердечные повороты пытаются повернуть всадников вокруг их груди. Колосс в Торп-парке (вверху) - лучший пример работы бросков по линии сердца - 90-секундная поездка может похвастаться 10 переворотами, включая четыре последовательных броска по линии сердца. «Мы увидим больше [подставок с] несколькими барабанами, идущими последовательно один за другим, - сказал Роудс, - потому что это создает огромную дезориентацию.

Дерево против стали

Деревянные подстаканники не очень хорошо подходят для петель, поэтому они часто менее дезориентируют, чем их стальные аналоги. Так почему же некоторые райдеры предпочитают их? Людям ... нравится их предвкушение, их шаткость, которая их немного подогревает. «Они хотят чувствовать, как структура движется под ними», - говорит Роудс. Стальные подставки - почти полная противоположность. Это похоже на вождение старинного автомобиля по сравнению с вождением новейшего спортивного автомобиля.

Деревянные подстаканники, как правило, не имеют петель или рулонов, потому что потребуется слишком много дерева, чтобы выдержать силу тяжелого поезда американских горок. Аид 360 на горе. Олимп в Висконсине поддерживает рулон на деревянных рельсах с помощью стальных лесов.

Подставки нового поколения

Есть очень много способов перебрасывать людей в маленьких тележках, отправляя их вверх, вниз и вверх ногами. Некоторые производители аттракционов создают отсеки, которые катятся независимо от автомобилей, вращая оси перпендикулярно трассе, что добавляет больше сальто без необходимости дополнительных петель. Вы действительно можете увидеть это на Джокер в Six Flag 's Great Adventure (ниже).

Однако впечатления от американских горок - это больше, чем просто сумма их ускорений. Другие строители добавляют огни, дым, отправляют подставки под землю и добавляют головные и ножные вертолеты, бары, расположенные близко, но не слишком близко, которые обеспечивают дополнительный элемент острых ощущений и / или ужаса. «Это траектория, по которой мы собираемся следовать какое-то время», - сказал Роудс. Больше и быстрее будет невозможно дольше.