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?
W lecie 1895 roku nadmorską promenadę na Coney Island zalały tłumy ludzi, którzy chcieli zobaczyć najnowszą wersję kolejki górskiej: Flip Flap Railway. Była to pierwsza w Ameryce kolejka z pętlą, ale zapierający dech w piersiach obrót kosztował. Jazda kolejką powodowała wiele poważnych urazów karku, a nawet wypadnięcie z kolejki, a to wszystko dzięki sławnej pętli. Dzisiaj kolejki górskie mają bardziej ekscytujące atrakcje bez emocjonujących wizyt w szpitalu. Ale co właściwie kolejki górskie robią organizmowi? I w jaki sposób mogą być jednocześnie bardziej przerażające i bezpieczne?
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.
Sedno każdej wersji kolejek górskich to grawitacja. W przeciwieństwie do samochodów czy pociągów większość kolejek górskich porusza się po torach prawie wyłącznie dzięki sile grawitacji. Kiedy kolejka wjedzie już na pierwsze wzniesienie, zaczyna się dokładnie zaprojektowany cykl, zbierający energię potencjalną na wjazdach i uwalniający na zjazdach energię kinetyczną. Taki rytm powtarza się na całej trasie, to pokaz choreografii inżyniera kolejki, opartej na grawitacji.
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.
Ale w tym cyklu jest pewna kluczowa zmienna, która nie zawsze była brana pod uwagę. Ty. W czasach Flip-Flapa twórcy kolejek najbardziej głowili się nad tym, żeby kolejka nie stanęła na środku trasy. Przez to wielu budowniczych przesadzało, kolejka mknęła w dół, a na stacji była zatrzymywana hamulcami. Ale grawitacja ma wpływ zarówno na wagonik jak i na pasażerów. W tych ekstremalnych warunkach działanie grawitacji jest większe.
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”.
Jednostka powszechnie używana przez pilotów szybowców, astronautów i twórców kolejek - to jednostka nazywana "g". Jedno g równa się grawitacji, którą czujesz, stojąc na Ziemi. To siła przyciągania grawitacyjnego na Ziemi. Jednak gdy pasażerowie kolejki przyspieszają i zwalniają, odczuwają wahania siły grawitacji. Dzisiaj twórcy kolejek wiedzą, że ciało może wytrzymać siłę prawie 5 g, ale na Flip-Flapie i innych kolejkach często osiągano nawet 12 g. Przy takiej sile grawitacji krew przemieszcza się z mózgu do stóp, co prowadzi do zawrotów głowy czy utraty przytomności, ponieważ mózg walczy o utrzymanie świadomości. Niedobór tlenu w siatkówce osłabia zdolność postrzegania światła, co powoduje zaburzenia widzenia i krótkotrwałą ślepotę. Kiedy pasażerowie są do góry nogami, krew zalewa im czaszkę, co powoduje, że nagle widzą wszystko w purpurze.
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.
Z drugiej strony negatywna siła g powoduje nieważkość. Krótkotrwała nieważkość jest dla organizmu zazwyczaj nieszkodliwa. Może przyczyniać się do choroby lokomocyjnej, zatrzymując płyn w uchu środkowym, które odpowiada na równowagę. Ale źródłem jeszcze większego ryzyka i dreszczu emocji jest to, co twórcy kolejek nazywają "airtime", czyli moment, w którym pasażerowie odrywają się od siedzeń, a bez odpowiednich środków ostrożności mogą wypaść. Pasy i uprzęże w nowoczesnych kolejkach rozwiązały ten problem, ale ciągłe zmiany pozycji pasażerów sprawiają, że trudno jest określić, co i gdzie trzeba zapiąć.
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.
Na szczęście współcześni twórcy kolejek dobrze wiedzą, co potrafi znieść twój organizm i kolejka. Konstruktorzy kolejek przeplatają te przeciwne sobie siły, aby silne przyciąganie zrekompensować okresem bez jakiegokolwiek przyciągania. Nagłe przejście z dodatniej do ujemnej siły g może powodować urazy karku, ból głowy, pleców i karku, dlatego dzisiaj unika się nagłych zmian prędkości i kierunku jazdy, które były tak częste w starych kolejkach. Współczesne kolejki są też bardziej wytrzymałe, biorąc pod uwagę siłę grawitacji, którą muszą wytrzymać. Przy sile 5 g twoje ciało jest 5 razy cięższe, więc przy wadze 50 kg wywierasz na kolejkę nacisk 250 kg. Konstruktorzy muszą brać pod uwagę zwiększony ciężar pasażerów podczas projektowania podpór kolejki.
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.
Takie kolejki nie są dla każdego. Przypływ adrenaliny, zawroty głowy i choroba lokomocyjna szybko nie znikną, ale współczesne dodatkowe zabezpieczenia, modelowanie 3D i symulacje sprawiają, że kolejki są bezpieczniejsze i bardziej ekscytujące niż kiedykolwiek. Dokładna wiedza na temat ograniczeń ludzkiego ciała pomaga nam budować kolejki, które są szybsze, wyższe i bardziej zakręcone, a to wszystko bez wypadania z torów.