في صيف عام 1895، غمرت الحشود ممر جزيرة كوني لرؤية أحدث أعجوبة تكنولوجية من القاطرة الدوارة: السكك الحديدية الدوارة. كانت هذه أول قاطرة ركاب في أمريكا ولكن دورتها المثيرة كان لها ثمن. الجولة فيها تسببت بالعديد من حالات الإصابة الشديدة، إصابة في الرقبة وحتى قذف من المقعد، كل ذلك بسبب حلقتها المميزة. يمكن للقاطرات اليوم تقديم العديد من الحيل الأكثر إثارة، دون اللجوء إلى "التشويق" الناجم عن زيارة المستشفى. ولكن ما الذي تفعله الأفعوانات لجسدك بالضبط، وكيف تمكنوا من أن يصبحوا أكثر إخافةً وأمنًا في وقت واحد؟
In the summer of 1895, crowds flooded the Coney Island boardwalk to see the latest marvel of roller coaster technology: the Flip Flap Railway. This was America’s first-ever looping coaster – but its thrilling flip came at a price. The ride caused numerous cases of severe whiplash, neck injury and even ejections, all due to its signature loop. Today, coasters can pull off far more exciting tricks, without resorting to the “thrill” of a hospital visit. But what exactly are roller coasters doing to your body, and how have they managed to get scarier and safer at the same time?
أهم جزء في تصميم أي أفعوانة هو الجاذبية. على عكس السيارات أو قطارات النقل، يتم دفع معظم الأفعوانات على مدى سككهم. تقريبًا بالكامل عن طريق طاقة الجاذبية. بعد أن تصعد الأفعوانة التل المساعد الأوليّ، تبدأ بدورة مصممة بخبرة لبناء طاقة كامنة أثناء الصعود واستهلاك الطاقة الحركية أثناء الهبوط. هذا الإيقاع يتكرر طوال الجولة مثل رقصة مُصممة من مهندس الأفعوانة تؤديها طاقة الجاذبية.
At the center of every roller coaster design is gravity. Unlike cars or transit trains, most coasters are propelled around their tracks almost entirely by gravitational energy. After the coaster crests the initial lift hill, it begins an expertly engineered cycle – building potential energy on ascents and expending kinetic energy on descents. This rhythm repeats throughout the ride, acting out the coaster engineer’s choreographed dance of gravitational energy.
لكن هناك عامل رئيسي في هذه الحلقة لم يكن يُؤخذ دائمًا بعين الاعتبار: أنت. في بداية نشوء الإفعوانات، كان المصممون يهمهم ألا تعلق القاطرة في مكان ما على طول السكة. أدى هذا إلى قيام المصممين الأوائل بالافراط في دفع العربات أثناء الهبوط واستخدام الفرامل عند وصولهم إلى نهاية الجولة. لكن بمثل ما تؤثر الجاذبية على العربات، فإنها تؤثر أيضًا على الركاب. وبسبب العوامل الشديدة في الأفعوانة فإن آثار الجاذبية تتضاعف.
But there’s a key variable in this cycle that wasn’t always so carefully considered: you. In the days of the Flip-Flap, ride designers were most concerned with coasters getting stuck somewhere along the track. This led early builders to overcompensate, hurling trains down hills and pulling on the brakes when they reached the station. But as gravity affects the cars, it also affects the passengers. And under the intense conditions of a coaster, gravity’s effects are multiplied.
هناك وحدة مشتركة يستخدمها قائدو الطائرة النفاثة، رواد الفضاء، ومصممو الأفعوانة تُسمى "قوة G". واحد "قوة G" تعادل قوة الجاذبية المألوفة التي تشعر بها عندما تقف على الأرض هذه هي قوة جاذبية الأرض المُطبقة على أجسادنا. ولكن مع تسارع الراكبين وتباطؤهم فإنهم يعانون من تفاوت طاقة الجاذبية. مصممو المركبات الحديثة يعرفون أنه يمكن للجسم التعامل مع ما يصل إلى 5 Gs ، لكن القطار الدوار ومعاصريه وصلت بشكل روتيني تصل إلى 12 Gs. في تلك المستويات من ضغط الجاذبية ، يتم إرسال الدم من عقلك إلى قدميك، مما يؤدي إلى الدوار والخمول كما يكافح الدماغ للبقاء بشكل واع. وحرمان الأوكسجين في خلايا الشبكية يعوق قدرتها على معالجة الضوء، مما تسبب في ظهور رؤية باللون الرمادي أو عمى مؤقت. إذا كان الدراجين مقلوبين، يمكن أن يغمر الدم الجمجمة، مما تسبب في نوبة من رؤية قرمزي يسمى "Redout".
There’s a common unit used by jet pilots, astronauts, and coaster designers called “g force”. One G force is the familiar tug of gravity you feel when standing on Earth – this is the force of Earth’s gravitational pull on our bodies. But as riders accelerate and decelerate, they experience more or less gravitational force. Modern ride designers know that the body can handle up to roughly 5 Gs, but the Flip-Flap and its contemporaries routinely reached up to 12 Gs. At those levels of gravitational pressure, blood is sent flying from your brain to your feet, leading to light-headedness or blackouts as the brain struggles to stay conscious. And oxygen deprivation in the retinal cells impairs their ability to process light, causing greyed out vision or temporary blindness. If the riders are upside down, blood can flood the skull, causing a bout of crimson vision called a “redout”.
على العكس ، سلبي G يخلق انعدام في الوزن. داخل الجسم، انعدام الوزن على المدى القصير هو في الغالب غير ضار. يمكن أن تسهم في المتسابق دوار الحركة عن طريق تعليق السائل في آذانهم الداخلية الذي ينسق التوازن. لكن الخطر الأكبر المحتمل - والتشويق - يأتي مما أطلق عليه مصممو المركبات وقت البث. هذا ما يحدث للركاب عندما يجربون فصل المقعد وبدون الاحتياطات المناسبة، طرد. أحزمة وتعدد الأحزمة من الوقايات الحديثة قد حلت إلى حد كبير هذه القضية، لكن موقف الراكب المتغير باستمرار يمكن أن تجعل الأمر صعبًا لتحديد ما يجب أن يكون مربوطا.
Conversely, negative G’s create weightlessness. Within the body, short-term weightlessness is mostly harmless. It can contribute to a rider’s motion sickness by suspending the fluid in their inner ears which coordinates balance. But the bigger potential danger – and thrill – comes from what ride designers call airtime. This is when riders typically experience seat separation, and, without the proper precautions, ejection. The numerous belts and harnesses of modern coasters have largely solved this issue, but the passenger’s ever-changing position can make it difficult to determine what needs to be strapped down.
لحسن الحظ، مصممو المركبات الحديثة يدركون جيدا ما يمكن لجسمك والقاطرة التعامل معه. مهندسو القاطرات يلعبون منافسات تلك القوات ضد بعضها البعض، لتخفيف فترات الضغط الشديد مع فترات من عدم الضغط على الإطلاق. ومنذ انتقال سريع من إيجابية إلى سلبية قوة G-force يمكن أن يؤدي إلى الاصابة والصداع وآلام الظهر والرقبة يتجنبوا التغييرات المتطرفة في السرعة والاتجاه شائعة جدا في جولات التشويق من العمر. المركبات الحديثة هي أيضا أكثر ثباتا ، عن كثب النظر في المبلغ من الجاذبية التي يحتاجون إليها. في 5 G ، يشعر جسمك بوزن أكثر من 5 مرات. لذلك إذا كنت تزن 100 رطل، كنت تمارس الوزن من 500 رطل على السفينة. يجب على المهندسين حساب الوزن المضاعف من كل راكب عند التصميم يدعم القاطرة.
Fortunately, modern ride designers are well aware of what your body, and the coaster, can handle. Coaster engineers play these competing forces against each other, to relieve periods of intense pressure with periods of no pressure at all. And since a quick transition from positive to negative G-force can result in whiplash, headaches, and back and neck pain, they avoid the extreme changes in speed and direction so common in thrill rides of old. Modern rides are also much sturdier, closely considering the amount of gravity they need to withstand. At 5 G’s, your body feels 5 times heavier; so if you weigh 100lbs, you’d exert the weight of 500 lbs on the coaster. Engineers have to account for the multiplied weight of every passenger when designing a coaster’s supports.
مع ذلك، هذه الألعاب ليست للجميع. فيضانات الأدرينالين، عقال خفيف، ودوار الحركة لن يذهب في أي مكان قريبًا. لكن قيود اليوم الزائدة عن الحاجة، برامج النمذجة والمحاكاة ثلاثية الأبعاد جعلت الوقايات الدوارة أكثر أمنا وأكثر إثارة من أي وقت مضى. معرفتنا الدقيقة حول حدود جسم الإنسان ساعدنا في بناء الوقايات التي هي أسرع وأطول وأكثر دوراناً - وكل ذلك دون الخروج من القضبان.
Still, these rides aren’t for everyone. The floods of adrenaline, light-headedness, and motion sickness aren’t going anywhere soon. But today’s redundant restraints, 3D modeling and simulation software have made roller coasters safer and more thrilling than ever. Our precise knowledge about the limits of the human body have helped us build coasters that are faster, taller, and loopier – and all without going off the rails.