Le montagne russe possono essere macchine da brivido che provocano vomito e lacrime, ma sono anche esempi affascinanti di fisica complessa al lavoro.

Far passare una serie di auto attraverso un nodo di cadute, ribaltamenti, rollio e lanci richiede team di ingegneri meccanici che analizzano concetti come forze, accelerazione ed energia. Per avere un'idea della scienza dietro le nostre giostre preferite, abbiamo parlato con Jeffrey Rhoads, professore alla Purdue's School of Mechanical Engineering e creatore del corso universitario sulle dinamiche delle montagne russe.

Completamento del circuito

Cominciamo con le basi. Le montagne russe, come tutto il resto, devono obbedire alla legge di conservazione dell'energia, il che significa che il treno può andare solo il più veloce e fino alla quantità di energia immagazzinata (potenziale) lo consente.

L'energia potenziale di solito proviene dal sollevamento del treno su una collina con una catena o un cavo. Quando un treno scende da una collina, l'energia potenziale si trasforma in energia in movimento (cinetica); più veloce è il treno, più energia cinetica ha.

L'energia cinetica si trasforma di nuovo in energia potenziale mentre le auto salgono sulle colline successive. Poiché le auto perdono necessariamente energia a causa di forze come l'attrito e la resistenza dell'aria, il punto più alto su un ottovolante tradizionale (pensa: Six Flags Magic Mountain's Golia o Colosso Contorto giostre) è quasi sempre la prima collina. Se c'è un altro calo importante che arriva più in alto del primo, i designer aggiungono più ascensori (pensa: il grande calo alla fine della Splash Mountain di Disney).

Alcuni sottobicchieri scendono oltre i 90 gradi, curvando verso l'interno in cima alla collina dell'ascensore, come su Valravn a Punta Cedro. La fisica in gioco è la stessa, ma Rhoads afferma che queste gocce possono offrire una sensazione più acuta di assenza di gravità.

Altri sottobicchieri, come Kingda Ka di Six Flags Great Adventure o Top Thrill Dragster di Cedar Point, immagazzinano la loro energia in lanciatori, pistoni di flipper a pressione d'aria o fluidi o in elettromagneti integrati nella pista e nelle auto. I sottobicchieri di lancio non richiedono gigantesche colline di sollevamento (che risparmiano molto spazio) e offrono un diverso tipo di brivido anticipatore. I grandi parchi vogliono una varietà di esperienze per i ciclisti e le montagne russe di lancio sono un ottimo modo per cambiare la sensazione, afferma Rhoads.

Loop, capovolgimenti e giravolte

Gli ingegneri generano brivido attraverso l'accelerazione, cambiando sostanzialmente la velocità dei ciclisti in modi altamente ingegnerizzati e innaturali. Gli ingegneri di Coaster fanno appello alle leggi del movimento di Newton per far sì che i motociclisti sentano le forze combinate di gravità e accelerazione, che producono una sensazione corporea eccitante e insolita. Passanti, cavatappi e curve strette costringono i ciclisti' corpi verticalmente e orizzontalmente in modi calcolati.

Vi siete mai chiesti perché i loop sono a forma di lacrima, piuttosto che circolari? La sfida è progettare le transizioni dentro e fuori il ciclo,' dice Rhoads. 'Devi assicurarti di non indurre sobbalzi o cambiamenti di accelerazione che possono portare a un colpo di frusta. Qualsiasi cosa si muova in un movimento circolare sperimenta un altro tipo di accelerazione chiamata accelerazione centripeta, che aumenta quanto più veloce è l'auto, o quanto più piccolo è il cerchio. Un ciclo circolare causerebbe una scossa dall'aggiunta improvvisa dell'accelerazione centripeta. Una forma a goccia controlla tale accelerazione, facilitando il pilota attraverso il ciclo e prevenendo il sobbalzo.

E poi ci sono i rulli, che possono disorientare i ciclisti in diversi modi. I colpi di scena in linea sono rulli che ruotano i treni attorno alla pista, ma i rulli della linea del cuore cercano di ruotare i ciclisti attorno al petto. Colosso a Thorpe Park (sopra) è il miglior esempio di rulli della linea del cuore al lavoro: la corsa di 90 secondi vanta 10 inversioni, inclusi quattro rulli consecutivi della linea del cuore. Vedremo più [sottobicchieri con] più rulli in serie uno dopo l'altro, ha detto Rhoads, perché crea un'enorme quantità di disorientamento.

Legno contro acciaio

I sottobicchieri in legno non possono accogliere molto bene i cappi, quindi sono spesso meno disorientanti rispetto alle loro controparti in acciaio. Allora perché alcuni motociclisti li preferiscono? Alla gente... piace l'anticipazione, il traballante che li amplifica un po'. Vogliono sentire che la struttura si sta muovendo sotto di loro, dice Rhoads. I sottobicchieri in acciaio sono quasi l'esatto opposto. È come guidare un veicolo d'epoca rispetto a guidare l'auto sportiva più recente.

Le montagne russe in legno tendono a non avere anelli o rulli, perché ci vorrebbe troppo legno per sostenere la forza di un treno pesante sulle montagne russe. Ade 360 ​​a mt. Olimpo in Wisconsin sostiene un rullo su binari in legno con ponteggi in acciaio.

Sottobicchieri di nuova generazione

Ci sono solo tanti modi in cui puoi far girare le persone in piccoli carretti mandandole su, giù e sottosopra. Alcuni costruttori di giostre creano compartimenti che rotolano indipendentemente dalle auto, circondando assi perpendicolari alla pista, il che aggiunge più lanci senza bisogno di più giri. Puoi davvero vederlo su The Joker alla grande avventura di Six Flag (sotto).

Tuttavia, le esperienze sulle montagne russe sono più della semplice somma delle loro accelerazioni. Altri costruttori stanno aggiungendo luci, fumo, inviando sottobicchieri sottoterra e aggiungendo elicotteri testa e piedi, barre vicine ma non troppo vicine che forniscono un ulteriore elemento di brivido e/o terrore. Questa è la traiettoria che seguiremo per un po', ha detto Rhoads. Più grande e più veloce non sarà possibile ancora per molto.