Horské dráhy môžu byť vzrušujúce stroje vyvolávajúce zvracanie a slzy, ale sú tiež fascinujúcimi príkladmi zložitej fyziky pri práci.

Dostať reťaz automobilov cez uzol kvapiek, výkyvov, otáčok a rozjazdov si vyžaduje tímy strojných inžinierov analyzujúcich koncepty ako sily, zrýchlenie a energia. Aby sme získali predstavu o vede, ktorá stojí za našimi obľúbenými jazdami, povedali sme si s Jeffreyom Rhoadsom, profesorom na Purdueovej škole strojného inžinierstva a tvorcom triedy dynamiky horských dráh univerzity.

Dokončenie okruhu

Začnime od základov. Horské dráhy, tak ako všetko ostatné, musia dodržiavať zákon zachovania energie, čo znamená, že vlak môže ísť iba tak rýchlo a pokiaľ to množstvo uloženej (potenciálnej) energie umožňuje.

Potenciálna energia zvyčajne pochádza z zdvíhania vlaku do kopca pomocou reťaze alebo kábla. Keď vlak jazdí z kopca, potenciálna energia sa mení na pohybovú (kinetickú) energiu; čím rýchlejší vlak ide, tým viac kinetickej energie má.

Kinetická energia sa zase mení na potenciálnu energiu, keď autá stúpajú po ďalších kopcoch. Pretože autá nevyhnutne strácajú určitú energiu silami ako trenie a odpor vzduchu, najvyšší bod na tradičnej dráhe (premýšľajte: Six Flags Magic Mountain’s Goliáš alebo Skrútený Kolos jazdy) je takmer vždy prvý kopec. Ak dôjde k ďalšiemu významnejšiemu poklesu ako prvému, návrhári pridajú ďalšie výťahy (premýšľajte: veľký pokles na konci Splash Mountain od spoločnosti Disney).

Niektoré podložky klesajú o viac ako 90 stupňov a na vrchole kopca sa krívajú dovnútra, napríklad ďalej Valravn v Cedar Point. Fyzika, ktorá sa hrá, je rovnaká, ale Rhoads tvrdí, že tieto kvapky môžu ponúknuť akútnejší pocit beztiaže.

Ostatné tácky, ako napríklad Sixda Flags Great Adventure Kingda Ka alebo Cedar Point’s Top Thrill Dragster, ukladajú energiu do odpaľovacích zariadení, piestov poháňaných kvapalinou alebo vzduchom pod tlakom alebo do elektromagnetov zabudovaných do dráhy a automobilov. Štartovacie podložky nevyžadujú obrovské zdvíhacie kopce (čo šetria veľa miesta) a ponúkajú iný druh predvídavého vzrušenia. Veľké parky chcú rôzne zážitky z jazdy a štartovacie tácky sú skvelým spôsobom, ako zmeniť pocit, hovorí Rhoads.

Smyčky, obraty a obraty

Inžinieri vytvárajú vzrušenie vďaka akcelerácii - v podstate menia rýchlosť jazdcov vysoko koncipovanými, neprirodzenými spôsobmi. Inžinieri toasteru vyzývajú Newtonove zákony pohybu, aby jazdcom umožnili pocítiť kombinované sily gravitácie a zrýchlenia, čo vytvára vzrušujúci, nezvyčajný pocit tela. Slučky, vývrtky a tesné zákruty nútia jazdcov telies vertikálne a horizontálne vypočítanými spôsobmi.

Zaujímalo vás niekedy, prečo majú slučky skôr tvar kvapky ako kruhový tvar? Výzvou je navrhnúť prechody do a zo slučky, “hovorí Rhoads. „Musíte sa uistiť, že nevyvolávate trhanie alebo zmeny v akcelerácii, ktoré môžu viesť k poraneniu krku. Čokoľvek, čo sa pohybuje v kruhovom pohybe, zažije iný druh zrýchlenia, ktorý sa nazýva dostredivé zrýchlenie, ktoré sa zvyšuje, čím rýchlejšie auto ide, alebo čím je kruh menší. Kruhová slučka by spôsobila náraz z náhleho pridania dostredivého zrýchlenia. Tvar slzy riadi toto zrýchlenie, uľahčuje jazdcovi jazdu cez slučku a bráni trhnutiu.

A potom sú tu rožky, ktoré môžu jazdcov dezorientovať niekoľkými spôsobmi. Inline zákruty sú kotúče, ktoré otáčajú vlaky okolo trate, ale srdcové kotúče sa snažia rotovať jazdcov okolo hrudníka. Kolos v Thorpe Parku (vyššie) je najlepším príkladom zvitkov v práci - 90-sekundová jazda sa môže pochváliť 10 inverziami vrátane štyroch po sebe nasledujúcich zvitkov. Uvidíme viac [tácky s] viac rolkami v sérii jeden za druhým, povedal Rhoads, pretože to vytvára obrovské množstvo dezorientácie.

Drevo verzus oceľ

Drevené tácky nemôžu veľmi dobre pojať slučky, takže sú často menej dezorientujúce ako ich oceľové náprotivky. Čím to je, že niektorí jazdci im dávajú prednosť? Ľudia ... ako očakávanie, ich vratkosť, ktorá ich trochu zvyšuje. Chcú mať pocit, že sa štruktúra pohybuje pod nimi, hovorí Rhoads. Oceľové tácky sú takmer pravým opakom. Je to ako šoférovať starožitné vozidlo oproti šoférovať najnovšie športové auto.

Drevené tácky zvyčajne nemajú slučky alebo rolky, pretože na podporu sily ťažkého vlaku s horskou dráhou by bolo potrebné príliš veľa dreva. Hades 360 na Mt. Olympus vo Wisconsine podporuje zvitok na drevených koľajach s oceľovým lešením.

Pivné tácky novej generácie

Existuje len toľko spôsobov, ako môžete ľudí povoziť na malom vozíku tak, že ich pošlete hore, dole a hore nohami. Niektorí tvorcovia jázd vytvárajú oddelenia, ktoré sa odvíjajú nezávisle od automobilov a krúžia okolo osí kolmo na trať, čo pridáva ďalšie výkyvy bez potreby ďalších slučiek. Toto môžete skutočne vidieť na serveri Žolík vo Veľkom dobrodružstve Six Flag (dole).

Zážitky na horských dráhach však nie sú iba sumou ich zrýchlení. Ostatní stavitelia pridávajú svetlá, dym, roznášajú tácky pod zem a pridávajú choppery na hlavy a chodidlá, tyče blízko, ale nie príliš blízko, ktoré poskytujú ďalší prvok vzrušenia a / alebo teroru. To je trajektória, po ktorej ešte chvíľu pôjdeme, povedal Rhoads. Väčšie a rýchlejšie nebude možné oveľa dlhšie.