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?
Nell'estate del 1895, grandi folle invasero la passerella di Coney Island per ammirare l'ultima meraviglia della tecnologia delle montagne russe: la Flip Flap Railway. Furono le prime montagne russe ad anello d'America, ma il loro elettrizzante giro della morte aveva un prezzo. La giostra provocò numerosi casi di gravi colpi di frusta, lesioni al collo e persino espulsioni, tutti dovuti al suo caratteristico anello. Oggi le montagne russe sono molto più entusiasmanti, senza ricorrere al "brivido" di una visita all'ospedale. Ma che cosa fanno esattamente le montagne russe al corpo umano e come hanno fatto a diventare più paurose e allo stesso tempo più sicure?
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.
Al centro di ogni progetto di montagne russe c'è la gravità. Al contrario delle macchine e dei treni, la maggior parte dei carrelli è spinta lungo i binari quasi esclusivamente dall'energia gravitazionale. Dopo che il carrello raggiunge la prima salita, inizia un giro sapientemente progettato, che sviluppa energia potenziale nelle salite e consuma energia cinetica nelle discese. Questo ritmo si ripete per tutta la corsa, eseguendo la danza coreografica dell'energia gravitazionale progettata dell'ingegnere.
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.
Ma c'è una variabile chiave in questo circolo che non è sempre stata valutata attentamente: tu. Ai tempi della Flip Flap, i progettisti si preoccupavano soprattutto che le giostre potessero bloccarsi in qualche punto del percorso. Questo portò i primi costruttori a sovracompensare, lanciando i vagoni giù dalle salite e tirando il freno quando raggiungevano la stazione. Ma così come interessa le macchine, la gravità interessa anche i passeggeri. E nelle condizioni estreme delle montagne russe, gli effetti della gravità sono moltiplicati.
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”.
C'è un'unità di misura usata da piloti di jet, astronauti e progettisti di montagne russe chiamata "Forza G". Una forza G è la normale gravità che si sente stando in piedi sulla Terra, è la forza del campo gravitazionale della Terra sul nostro corpo. Ma quando i passeggeri accelerano e decelerano, subiscono una maggiore o minore forza gravitazionale. I progettisti moderni sanno che il corpo può sopportare fino a circa 5 G, ma la Flip Flap e i suoi contemporanei raggiungevano regolarmente fino a 12 G. A quei livelli di pressione gravitazionale, il sangue precipita dal cervello ai piedi, portando a stordimenti o svenimenti perché il cervello fatica a restare cosciente. La mancanza di ossigeno nelle cellule retiniche compromette la capacità di processare la luce, provocando una visione offuscata o cecità temporanea. Se i passeggeri sono sottosopra, il sangue può inondare il cranio, causando un attacco di visione rossa.
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.
Viceversa, una forza G negativa crea assenza di gravità. Nel corpo, un'assenza di gravità temporanea è solitamente innocua. Può contribuire all'insorgenza di cinetosi sospendendo il fluido nell'orecchio interno, che controlla l'equilibrio. Ma il maggior potenziale pericolo – e brivido – deriva da ciò che i progettisti chiamano "airtime". Si verifica quando i passeggeri si staccano dal sedile, e, senza le dovute precauzioni, vengono espulsi. Le numerose cinture e imbracature delle giostre moderne hanno ampiamente risolto questo problema, ma le sempre mutevoli posizioni dei passeggeri rendono difficile stabilire che cosa si deve legare.
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.
Fortunatamente, i progettisti moderni sono ben coscienti di cosa il nostro corpo e la giostra possono sopportare. Gli ingegneri delle montagne russe mettono queste forze l'una contro l'altra per mitigare periodi di pressione intensa con periodi senza alcuna pressione. E dato che rapide transizioni da una forza G positiva a una negativa possono portare a colpi di frusta, mal di testa, di schiena e di collo, evitano variazioni estreme di velocità e di direzione così comuni nelle vecchie montagne russe. Le giostre moderne sono anche molto più solide, considerando la quantità di gravità che devono sopportare. A 5 G, il corpo è 5 volte più pesante; quindi se pesi 45 chili, eserciterai sulla montagna russa un peso di 225 chili. Gli ingegneri devono tenere conto del peso moltiplicato di ogni passeggero quando progettano i sostegni di una giostra.
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.
Tuttavia, queste attrazioni non sono per tutti. I flussi di adrenalina, i giramenti di testa e la cinetosi non miglioreranno presto. Ma le restrizioni ripetitive di oggi, i software di modellazione 3D e di simulazione hanno reso le montagne russe più sicure e più entusiasmanti che mai. La precisa conoscenza dei limiti del corpo umano ci ha aiutato a costruire giostre più veloci, più alte e più tortuose, e tutto questo senza uscire dai binari.