Rutschebaner kan være opkast- og tåreinducerende spændingsmaskiner, men de er også fascinerende eksempler på kompleks fysik på arbejdspladsen.

At få en række biler gennem en knude af dråber, vender, ruller og lancerer kræver hold af mekaniske ingeniører, der analyserer koncepter som kræfter, acceleration og energi. For at få en idé om videnskaben bag vores foretrukne forlystelser talte vi med Jeffrey Rhoads, professor ved Purdue's School of Mechanical Engineering og skaberen af ​​universitetets rutsjebane-dynamikklasse.

Afslutning af kredsløbet

Lad os starte med det grundlæggende. Rutschebaner, som alt andet, skal overholde loven om bevarelse af energi, hvilket betyder, at toget kun kan gå så hurtigt og så langt som den lagrede (potentielle) energi tillader det.

Potentiel energi kommer normalt fra at løfte toget op ad en bakke med en kæde eller et kabel. Når et tog kører ned ad en bakke, bliver den potentielle energi til bevægende (kinetisk) energi; jo hurtigere toget går, jo mere kinetisk energi har det.

Den kinetiske energi bliver tilbage til potentiel energi, når bilerne stiger op ad efterfølgende bakker. Fordi bilerne nødvendigvis mister noget energi gennem kræfter som friktion og luftmodstand, det højeste punkt på en traditionel rutsjebane (tænk: Six Flags Magic Mountain's Goliat eller Twisted Colossus rides) er næsten altid den første bakke. Hvis der er et andet stort fald, der kommer højere end det første, tilføjer designerne flere elevatorer (tænk: det store fald i slutningen af ​​Disneys Splash Mountain).

Nogle coastere falder længere end 90 grader og buer indad på toppen af ​​elevatorbakken, som på Valravn i Cedar Point. Fysikken i spil er den samme, men Rhoads siger, at disse dråber kan tilbyde en mere akut følelse af vægtløshed.

Andre coastere, som Six Flags Great Adventure's Kingda Ka eller Cedar Point's Top Thrill Dragster, gemmer deres energi i løfteraketter, væske- eller lufttryk-drevne pinball-stempler eller i elektromagneter indbygget i sporet og biler. Launch coasters kræver ikke gigantiske liftbakker (hvilket sparer meget plads) og tilbyder en anden slags forventningsfuld spænding. Store parker vil have en række rytteroplevelser, og lanceringsunderlæg er en fantastisk måde at ændre følelsen på, siger Rhoads.

Sløjfer, vender og drejer

Ingeniører genererer spænding gennem acceleration - dybest set ændrer rytternes hastighed på højt konstruerede, unaturlige måder. Coaster ingeniører opfordrer Newtons bevægelseslove for at få ryttere til at føle de kombinerede tyngdekraft og acceleration, hvilket giver en spændende, usædvanlig kropsfølelse. Sløjfer, proptrækkere og stramme sving tvinger ryttere & apos; kroppe lodret og vandret på beregnede måder.

Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor løkker er dråbeformede snarere end cirkulære? Udfordringen er at designe overgange ind og ud af sløjfen, 'siger Rhoads. 'Du skal sørge for, at du ikke fremkalder ryk eller ændringer i acceleration, der kan føre til piskesmæld. Alt, der bevæger sig i en cirkulær bevægelse, oplever en anden form for acceleration kaldet centripetal acceleration, som øges jo hurtigere bilen går, eller jo mindre cirklen er. En cirkulær sløjfe ville forårsage et stød fra den pludselige tilføjelse af centripetalacceleration. En dråbeform styrer denne acceleration, letter rytteren gennem løkken og forhindrer ryk.

Og så er der ruller, som kan desorienterer ryttere på flere måder. Inline-drejninger er ruller, der roterer tog rundt på sporet, men hjerteruller forsøger at rotere ryttere rundt om deres kister. Koloss i Thorpe Park (ovenfor) er det bedste eksempel på hjertelinjeruller på arbejdspladsen - turen på 90 sekunder kan prale af 10 inversioner, inklusive fire på hinanden følgende hjerteruller. Vi ser flere [underlag med] flere ruller i serie efter hinanden, sagde Rhoads, fordi det skaber en enorm mængde desorientering.

Træ versus stål

Træunderlæg kan ikke rumme sløjfer meget godt, så de er ofte mindre desorienterende end deres kolleger i stål. Så hvorfor er det, at nogle ryttere foretrækker dem? Folk ... ligesom forventningen, den skrøbelighed, der forstærker dem en smule. De vil føle, at strukturen bevæger sig under dem, siger Rhoads. Stålunderlag er næsten det nøjagtige modsatte. Det er som at køre et antikt køretøj versus at køre den nyeste sportsvogn.

Træunderbaner har tendens til ikke at have løkker eller ruller, fordi det tager alt for meget træ at understøtte kraften fra et tungt rutsjebanetog. Hades 360 ved Mt. Olympus i Wisconsin understøtter en rulle på træskinner med stillads i stål.

Næste generations Coasters

Der er kun så mange måder, du kan kaste folk rundt i små vogne ved at sende dem op, ned og på hovedet. Nogle turbyggerier skaber rum, der ruller uafhængigt af bilerne og cirkulerer akser vinkelret på sporet, hvilket tilføjer flere flip uden behov for flere sløjfer. Du kan virkelig se dette på The Joker ved Six Flag's Great Adventure (under).

Rutschebaneoplevelser er dog mere end bare summen af ​​deres accelerationer. Andre bygherrer tilføjer lys, røg, sender coastere under jorden og tilføjer hoved- og fodhakkere, tæt men ikke for tæt barer, der giver et ekstra element af spænding og / eller terror. Det er den bane, vi følger et stykke tid, sagde Rhoads. Større og hurtigere vil ikke være muligt meget længere.