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?
No verão de 1895, multidões lotaram o calçadão de Coney Island para ver a mais recente maravilha da tecnologia de montanha-russa: a Flip Flap Railway. Foi a primeira montanha-russa com "looping" dos Estados Unidos, mas o looping emocionante teve um preço. O percurso provocou muitos casos de lesões graves no pescoço e até ejeções, tudo devido a seu looping característico. Hoje, as montanhas-russas podem realizar muito mais truques emocionantes sem recorrer à “emoção” de uma visita ao hospital. Mas o que as montanhas-russas fazem exatamente com seu corpo, e como conseguiram ficar mais assustadoras e seguras ao mesmo tempo?
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.
No centro de todo projeto de montanha-russa está a gravidade. Ao contrário de carros ou trens de transporte, a maioria das montanhas-russas são impulsionadas em torno de suas pistas quase totalmente pela energia gravitacional. Depois que o trem atinge o topo da elevação inicial, começa um ciclo habilmente planejado, produzindo energia potencial nas subidas e gastando energia cinética nas descidas. Esse ritmo se repete ao longo do percurso, representando a dança coreografada da energia gravitacional do engenheiro da montanha-russa.
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.
Mas há uma variável chave nesse ciclo que nem sempre foi tão cuidadosamente considerada: você. Nos dias da Flip-Flap, os projetistas estavam mais preocupados que os trens ficassem presos em algum lugar ao longo da pista. Isso levou os primeiros construtores a supercompensar, arremessando os trens das elevações e acionando os freios quando chegavam à estação. Mas, assim como a gravidade afeta os carros, também afeta os passageiros. E, sob as intensas condições de uma montanha-russa, os efeitos da gravidade se multiplicam.
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”.
Há uma unidade comum usada por pilotos de jato, astronautas e projetistas de montanhas-russas chamada "força G". Uma força G é o puxão da gravidade que você sente quando está na Terra. É a força da atração gravitacional da Terra em nosso corpo. Mas, à medida que os passageiros aceleram e desaceleram, eles experimentam mais ou menos força gravitacional. Projetistas de montanhas-russas modernas sabem que o corpo aguenta até 5 forças G, mas a Flip-Flap e suas contemporâneas chegavam com frequência a 12 forças G. Nesses níveis de pressão gravitacional, o sangue é enviado voando do cérebro aos pés, levando a tonturas ou desmaios enquanto o cérebro se esforça para permanecer consciente. E a privação de oxigênio nas células da retina prejudica a capacidade de processar luz, causando embaçamento da visão ou cegueira temporária. Se os passageiros estão de cabeça para baixo, o sangue pode inundar o crânio, causando vermelhidão nos olhos.
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.
Por outro lado, as forças G negativas criam ausência de peso. Dentro do corpo, a ausência de peso a curto prazo é, em geral, inofensiva. Pode contribuir para náusea e tontura do passageiro ao suspender o fluido nos ouvidos internos, que coordena o equilíbrio. Mas o maior perigo possível, e emoção, vem do que projetistas de montanhas-russas chamam de tempo no ar. Isso ocorre quando os passageiros experimentam a separação do assento e, sem as devidas precauções, a ejeção. Os vários cintos e correias das montanhas-russas modernas resolveram em grande parte essa questão, mas a constante mudança de posição do passageiro pode dificultar a determinação do que precisa ser amarrado.
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.
Felizmente, projetistas de montanhas-russas modernas estão bem cientes do que o corpo e a montanha-russa podem suportar. Os engenheiros jogam essas forças concorrentes umas contra as outras para aliviar períodos de pressão intensa com períodos sem pressão alguma. Como uma transição rápida da força G positiva para negativa pode resultar em lesão, dores de cabeça e dor nas costas e no pescoço, eles evitam as mudanças extremas na velocidade e na direção, tão comuns em percursos emocionantes do passado. Montanhas-russas modernas também são muito mais resistentes, considerando de perto a gravidade a que precisam se opor. A cinco forças G, o corpo parece cinco vezes mais pesado; então, se você pesa 45kg, você exerceria o peso de 225kg na montanha-russa. Os engenheiros tem que levar em conta o peso multiplicado de cada passageiro ao projetar os suportes de uma montanha-russa.
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.
Mesmo assim, essas montanhas-russas não são para todos. Os fluxos de adrenalina, tontura e náusea não irão a lugar algum tão cedo. Mas as restrições redundantes atuais e os softwares de simulação e modelagem 3D tornaram as montanhas-russas mais seguras e emocionantes do que nunca. Nosso conhecimento exato sobre os limites do corpo humano nos ajudou a construir montanhas-russas mais rápidas, altas e com mais loopings, e tudo isso sem sair dos trilhos.