Horské dráhy mohou být vzrušujícími stroji vyvolávajícími zvracení a slzy, ale jsou také fascinujícími příklady složité fyziky při práci.

Získat řetězec automobilů uzlem kapek, klopení, klopení a startů vyžaduje týmy strojních inženýrů analyzujících koncepty jako síly, zrychlení a energie. Abychom získali představu o vědě, která stojí za našimi oblíbenými jízdami, promluvili jsme si s Jeffreyem Rhoadsem, profesorem na Purdue's School of Mechanical Engineering a tvůrcem třídy dynamiky horské dráhy na univerzitě.

Dokončení okruhu

Začněme základy. Horské dráhy, stejně jako všechno ostatní, musí dodržovat zákon zachování energie, což znamená, že vlak může jet jen tak rychle a tak daleko, jak to umožňuje množství uložené (potenciální) energie.

Potenciální energie obvykle pochází ze zvedání vlaku do kopce pomocí řetězu nebo kabelu. Jak vlak jede z kopce, potenciální energie se změní na pohybovou (kinetickou) energii; čím rychleji vlak jede, tím více kinetické energie má.

Kinetická energie se proměňuje zpět v energii potenciální, jak auta stoupají do dalších kopců. Protože auta nutně ztrácejí energii pomocí sil, jako je tření a odpor vzduchu, nejvyšší bod na tradiční dráze (přemýšlejte: Six Flags Magic Mountain’s Goliáš nebo Twisted Colossus jízdy) je téměř vždy první kopec. Pokud dojde k dalšímu velkému poklesu, který bude vyšší než ten první, návrháři přidají další výtahy (přemýšlejte: velký pokles na konci Disney's Splash Mountain).

Některé tácky klesají o více než 90 stupňů a na vrcholu kopce se zakřivují dovnitř, jako dál Valravn v Cedar Point. Fyzika ve hře je stejná, ale Rhoads říká, že tyto kapky mohou nabídnout akutnější pocit beztíže.

Ostatní tácky, jako je Kingda Ka od Six Flags Great Adventure nebo Top Thrill Dragster od Cedar Point, ukládají energii do odpalovacích zařízení, plunžrových pístů poháněných kapalinou nebo vzduchem nebo do elektromagnetů zabudovaných do dráhy a automobilů. Startovací tácky nevyžadují gigantické zvedací kopce (což šetří spoustu místa) a nabízejí jiný druh předvídavého vzrušení. Velké parky chtějí různé zážitky pro jezdce a startovací tácky jsou skvělým způsobem, jak změnit pocit, říká Rhoads.

Smyčky, převrácení a otočení

Inženýři vytvářejí vzrušení zrychlením - v zásadě mění rychlost jezdců vysoce technickými, nepřirozenými způsoby. Inženýři na dráze vyzývají Newtonovy zákony pohybu, aby přiměli jezdce, aby pocítili kombinované síly gravitace a zrychlení, což vytváří vzrušující neobvyklý pocit těla. Smyčky, vývrtky a těsné zatáčky nutí jezdce těla svisle a vodorovně vypočítaným způsobem.

Přemýšleli jste někdy, proč jsou smyčky spíše ve tvaru slzy než kruhové? Výzvou je navrhnout přechody do a ze smyčky, “říká Rhoads. „Musíte se ujistit, že nevyvoláváte trhnutí nebo změny zrychlení, které mohou vést k poranění krku. Cokoli, co se pohybuje kruhovým pohybem, zažije jiný druh zrychlení, který se nazývá dostředivé zrychlení, což zvyšuje, čím rychleji auto jede, nebo čím je kruh menší. Kruhová smyčka by způsobila otřes z náhlého přidání dostředivého zrychlení. Tvar slzy ovládá toto zrychlení, usnadňuje jezdci smyčku a brání trhnutí.

A pak jsou tu role, které mohou jezdce dezorientovat několika způsoby. Inline zákruty jsou role, které rotují vlaky kolem trati, ale srdce se snaží rotovat jezdce kolem jejich hrudi. Kolos v Thorpe Parku (výše) je nejlepším příkladem svitků v práci - 90sekundová jízda se může pochlubit 10 inverzemi, včetně čtyř po sobě jdoucích svitků. Uvidíme více [tácků s] několika rolemi v sérii jeden po druhém, řekl Rhoads, protože to vytváří ohromné ​​množství dezorientace.

Dřevo versus ocel

Dřevěné tácky nemohou pojmout smyčky velmi dobře, takže jsou často méně dezorientující než jejich ocelové protějšky. Čím to je, že jim někteří jezdci dávají přednost? Lidé ... jako očekávání, jejich vratkost, která je trochu zesiluje. Chtějí mít pocit, že se struktura pohybuje pod nimi, říká Rhoads. Ocelové tácky jsou téměř pravým opakem. Je to jako řídit starožitné vozidlo versus řídit nejnovější sportovní auto.

Dřevěné tácky obvykle nemají smyčky ani role, protože to by vyžadovalo příliš mnoho dřeva, aby uneslo sílu těžkého vlaku horské dráhy. Hades 360 at Mt. Olympus ve Wisconsinu podpírá válec na dřevěných kolejích s ocelovým lešením.

Pivní tácky nové generace

Existuje jen tolik způsobů, jak můžete házet lidi v malých vozících tím, že je posíláte nahoru, dolů a vzhůru nohama. Někteří stavitelé jízd vytvářejí oddíly, které se valí nezávisle na autech, krouží kolem os kolmo k trati, což přidává další převrácení bez nutnosti dalších smyček. Můžete to opravdu vidět na Joker ve hře Six Flag's Great Adventure (níže).

Zážitky na horské dráze však nejsou jen pouhým součtem jejich zrychlení. Ostatní stavitelé přidávají světla, kouř, posílají tácky do podzemí a přidávají vrtulníky na hlavu a nohy, tyče blízko, ale ne příliš blízko, které poskytují další prvek vzrušení a / nebo teroru. To je trajektorie, kterou budeme po chvíli sledovat, řekl Rhoads. Větší a rychlejší nebude možné mnohem déle.