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?
בקיץ 1895, המונים הציפו את טיילת קוני איילנד כדי לראות את הפלא האחרון של טכנולוגיית רכבות ההרים: רכבת הפליפ פלופ. זו היתה רכבת ההרים הראשונה בארצות הברית שכללה לופ -- אבל ההיפוך המרגש שלה הגיע עם מחיר. הנסיעה גרמה למקרים מרובים של צליפת צוואר חמורה, פציעות צוואר ואפילו פליטות, הכל בגלל הלופ המאפיין. היום, רכבות יכולות לבצע טריקים הרבה יותר מרגשים, בלי להגיע ל"ריגוש" של ביקור בבית החולים. אבל מה בדיק רכבות הרים עושות לגוף שלכם, ואיך הן הצליחו להיות מפחידות יותר ובטוחות יותר באותו זמן?
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.
במרכז כל עיצוב רכבת הרים נמצאת הכבידה. בניגוד למכוניות או רכבות, רוב רכבות ההרים מונעות על המסילות שלהן כמעט לגמרי על ידי אנרגית כבידה. אחרי שהרכבת עוברת את השיא הראשון, היא מתחילה מחזור מהונדס במומחיות -- צוברת אנרגיה פוטנציאלית בעליה ומוציאה אנרגיה קינטית בירידה. המחזור הזה חוזר לכל אורך הנסיעה, מבצעת את הריקוד שתכנן הכוריאוגרף המהנדס באמצעות אנרגית כבידה.
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.
אבל יש משתנה מפתח במחזור שלא תמיד מתחשבים בו בזהירות רבה: אתם. בימים של הפליפ פלופ, מתכנני מתקנים היו מודאגים בעיקר שהרכבות לא יתקעו היכן שהוא על המסילה. זה הוביל בונים מוקדמים לפיצוי יתר, שיגור רכבות במורד גבעות ומשיכת הבלמים כשהן הגיעו לתחנה. אבל כמו שהכבידה משפיעה על הקרונות היא גם משפיעה על הנוסעים. ותחת התנאים הקיצוניים של רכבת ההרים, השפעות הכבידה מוכפלות.
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”.
יש יחידה נפוצה בשימוש של טייסי קרב, אסטרונאוטים, ומתכנני רכבות הרים שנקראת כוח ג'י. כוח ג'י אחד הוא המשיכה המוכרת של הכבידה שאתם מרגישים כשאתם עומדים על כדור הארץ -- זה הכוח של המשיכה הכבידתית על הגוף שלנו. אבל כשנוסעים מאיצים ומאיטים, הם חווים יותר או פחות כוח כבידתי. מתכנני מתקנים מודרניים יודעים שהגוף יכול להתמודד עם עד 5 ג'י, אבל הפליפ פלאפ והרכבות בתקופתה הגיעו בקביעות עד 12 ג'י. באותן רמות של לחץ כבידתי, הדם נשלח מהמוח לרגלים, מה שמוביל לסחרחורת או איבודי הכרה כשהמוח מתאמץ להשאר בהכרה. והרעבת חמצן בתאי הרשתית משפיעה על היכולת לעבד אור, מה שגורם לראיה מואפרת או עיוורון זמני. אם הנוסעים הפוכים, דם יכול להציף את הגולגולת, מה שגורם לראיה אדומה שנקראת רדאאוט.
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.
בניגוד, ג'י שלילי יוצר חוסר משקל. בתוך הגוף, חוסר משקל לטווח קצר לא מזיק ברובו. הוא יכול לתרום לנוסעים מחלת תנועה על ידי תליית הנוזלים באוזן הפנימית שמתאמת שיווי משקל. אבל הסכנה הפוטנציאלית הגדולה יותר - והריגוש - מגיע ממה שהמתכננים קוראים לו זמן אויר. אז הנוסעים באופן טיפוסי חווים התנתקות המושב, ובלי הגנות מתאימות, פליטה. החגורות והרתמות המרובות של רכבות הרים מודרניות פתרו כמעט לחלוטין את הבעיה, אבל שינוי המקום המשתנה תמידית של הנוסעים יכול לעשות את זה לקשה לקבוע מה צריך להקשר.
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.
למרבה המזל, מתכנני מתקנים מודרניים מודעים למה שהגוף שלכם, והרכבות, יכולים למתמודד. מהנדסי רכבות הרים משחקים עם הכוחות המתחרים האלה אחד נגד השני, כדי לשחרר תקופות של לחץ חזק עם תקופות נטולות לחץ לגמרי. ומאחר ומעבר מהיר בין כוחות ג'י חיוביים לשליליים יכול לגרום לצליפת צוואר, כאבי ראש, וכאבי גב וצוואר, הם נמנעים משינויים קיצוניים במהירות וכיוון שכל כך נפוצים ברכבות מהעבר. מתקנים מודרניים הרבה יותר עמידים, ושוקלים במדוייק את כמות הכבידה בהם הם צריכים לעמוד. ב 5 גי', הגוף שלכם מרגיש כבד פי 5, אז אם אתם שוקלים 50 קילו, אתם תפעילו 250 קילו כוח על רכבת ההרים. מהנדסים חייבים להתחשב במשקלים המוכפלים האלה של כל נוסע כשהם מתכננים את התומכות של רכבת ההרים.
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.
ועדיין, המתקנים האלה לא לכולם. הצפת האנדרנלין, קלות הראש, ומחלת התנועה לא יעלמו בקרוב. אבל הרתמות הנוספות היום, מידול תלת מימדי ותוכנות הדמייה הפכו רכבות הרים לבטוחות יותר ומרגשות יותר מאי פעם. הידע המדוייק שלנו בנוגע לגבולות של הגוף האנושי עזרו לנו לבנות רכבות מהירות, גבוהות ולופיות יותר -- והכל בלי לרדת מהפסים.