As montanhas-russas podem ser máquinas de emoção que induzem vômito e lágrimas, mas também são exemplos fascinantes da física complexa em ação.

Fazer uma série de carros passar por um nó de quedas, saltos, giros e lançamentos requer equipes de engenheiros mecânicos analisando conceitos como forças, aceleração e energia. Para ter uma ideia da ciência por trás de nossos passeios favoritos, falamos com Jeffrey Rhoads, um professor da Escola de Engenharia Mecânica de Purdue e criador da aula de dinâmica de montanha-russa da universidade.

Completando o Circuito

Vamos começar com o básico. As montanhas-russas, como tudo o mais, devem obedecer à lei da conservação de energia, o que significa que o trem só pode ir tão rápido e tão longe quanto a quantidade de energia armazenada (potencial) permitir.

A energia potencial geralmente vem de içar o trem morro acima com uma corrente ou cabo. Conforme um trem desce uma colina, a energia potencial se transforma em energia em movimento (cinética); quanto mais rápido o trem vai, mais energia cinética ele tem.

A energia cinética se transforma de volta em energia potencial conforme os carros sobem subidas subseqüentes. Porque os carros necessariamente perdem alguma energia por meio de forças como fricção e arrasto de ar, o ponto mais alto em uma montanha-russa tradicional (pense: Six Flags Magic Mountain's Golias ou Twisted Colossus passeios) é quase sempre a primeira colina. Se houver outra queda maior que a primeira, os designers adicionam mais elevadores (pense: a grande queda no final da montanha Splash da Disney).

Algumas montanhas-russas caem mais de 90 graus, curvando-se para dentro no topo da colina de elevação, como em Valravn em Cedar Point. A física em jogo é a mesma, mas Rhoads diz que essas gotas podem oferecer uma sensação mais aguda de leveza.

Outras montanhas-russas, como Kingda Ka do Six Flags Great Adventure ou Top Thrill Dragster da Cedar Point, armazenam sua energia em lançadores, êmbolos de pinball movidos a pressão de ar ou fluido ou em eletroímãs embutidos na pista e nos carros. As montanhas-russas de lançamento não exigem colinas de elevação gigantescas (o que economiza muito espaço) e oferecem um tipo diferente de emoção antecipatória. Grandes parques querem uma variedade de experiências para os pilotos e as montanhas-russas de lançamento são uma ótima maneira de mudar a sensação, diz Rhoads.

Loops, Flips e Turns

Os engenheiros geram emoção por meio da aceleração - basicamente mudando a velocidade dos pilotos de maneiras altamente projetadas e não naturais. Os engenheiros da Coaster recorrem às leis do movimento de Newton para fazer com que os passageiros sintam as forças combinadas da gravidade e da aceleração, o que produz uma sensação corporal excitante e incomum. Loops, saca-rolhas e curvas fechadas force riders & apos; corpos verticalmente e horizontalmente de maneiras calculadas.

Você já se perguntou por que os loops têm a forma de lágrima, em vez de circular? O desafio é projetar as transições dentro e fora do loop ', diz Rhoads. 'Você precisa ter certeza de que não está induzindo empurrão, ou mudanças na aceleração que podem levar a uma chicotada. Qualquer coisa que se move em um movimento circular experimenta outro tipo de aceleração chamada aceleração centrípeta, que aumenta quanto mais rápido o carro vai, ou quanto menor é o círculo. Um loop circular causaria um choque com a adição repentina da aceleração centrípeta. Uma forma de lágrima controla essa aceleração, facilitando o ciclista através do loop e evitando solavancos.

E depois há os testes, que podem desorientar os pilotos de várias maneiras. As torções em linha são rolos que giram os trens ao redor da pista, mas as voltas na linha do coração tentam girar os passageiros em torno de seus peitos. Colosso em Thorpe Park (acima) é o melhor exemplo de rolagem da linha do coração no trabalho - a viagem de 90 segundos possui 10 inversões, incluindo quatro rolagens da linha do coração consecutivas. Veremos mais [montanhas-russas com] múltiplos rolos em série, um após o outro, disse Rhoads, porque isso cria uma enorme desorientação.

Madeira Versus Aço

As bases para copos de madeira não podem acomodar loops muito bem, então muitas vezes são menos desorientadoras do que suas contrapartes de aço. Então, por que alguns pilotos os preferem? Pessoas ... como a antecipação, a fragilidade deles que os anima um pouco. Eles querem sentir que a estrutura está se movendo sob eles, diz Rhoads. As montanhas-russas de aço são quase exatamente o oposto. É como dirigir um veículo antigo em vez de dirigir o carro esporte mais novo.

As montanhas-russas de madeira tendem a não ter voltas ou rolos, porque seria preciso muita madeira para suportar a força de um trem pesado de montanha-russa. Hades 360 em MT. Olympus em Wisconsin apóia um rolo em trilhos de madeira com andaimes de aço.

Montanhas-russas de última geração

Existem muitas maneiras de arremessar pessoas em carrinhos, mandando-as para cima, para baixo e de cabeça para baixo. Alguns montadores de carros criam compartimentos que rolam independentemente dos carros, circulando eixos perpendiculares à pista, o que adiciona mais flips sem a necessidade de mais loops. Você pode realmente ver isso no Coringa na Grande Aventura do Six Flag (abaixo de).

No entanto, as experiências na montanha-russa são mais do que apenas a soma de suas acelerações. Outros construtores estão adicionando luzes, fumaça, enviando montanhas-russas para o subsolo e adicionando cortadores de cabeça e pés, barras fechadas, mas não muito próximas, que fornecem um elemento extra de emoção e / ou terror. Essa é a trajetória que vamos seguir por um tempo, disse Rhoads. Maior e mais rápido não será possível por muito mais tempo.