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?
Летом 1895 года толпы людей заполонили набережную Кони-Айленда, чтобы своими глазами увидеть последнее чудо индустрии аттракционов — мёртвую петлю «Флип-флэп-рэйлуэй». Это был первый в истории США аттракцион, спроектированный по петлеобразной траектории. Но щекочущее нервы сальто оказалось отнюдь не безвредным развлечением. Многие посетители получали хлыстовые травмы головы и шеи и даже выпадали из вагонеток — и всё из-за пресловутой петли. В наше время любители американских горок могут испытать более захватывающие трюки, но уже без «удовольствия» очутиться на больничной койке. Какое влияние на организм оказывают американские горки? И как смогли аттракционы стать для посетителей
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.
не только более захватывающими, но и безопаснее? Секрет конструкции американских горок — в силе гравитации. В отличие от автомобилей и поездов вагонетки большинства американских горок движутся по рельсам благодаря гравитационной энергии. Достигнув первого пика подъёма, вагончики начинают движение по тщательно спроектированному пути, поочерёдно накапливая потенциальную энергию во время подъёма и расходуя кинетическую энергию во время спуска. В таком ритме вагончики проходят всю траекторию движения, словно исполняя танец, придуманный инженерами-«хореографами» с использованием гравитационной энергии.
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.
Но в этих расчётах была важная переменная, о которой конструкторы не задумывались, — это посетители аттракциона. Когда «Флип-флэп» только появился, инженеров больше волновало, чтобы аттракцион не остановился где-нибудь на полпути. Поэтому поначалу инженеры попросту перестарались, задействовав по максимуму кинетическую силу на спуске и всю тормозную силу по окончании аттракциона. Но действию силы гравитации подвержены не только вагончики, но и пассажиры. И с учётом экстремальных нагрузок американских горок сила тяжести увеличивается в разы.
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”.
Пилоты реактивных самолётов, космонавты и инженеры-разрабочики американских горок используют термин перегрузка. Всем нам хорошо знакома перегрузка в 1 g: мы испытываем её, находясь в неподвижном состоянии на земной поверхности, — это сила, с которой Земля притягивает тело человека. На американских горках пассажиры двигаются то с ускорением, то с замедлением, соответственно испытывая бо́льшую или меньшую гравитационную силу. Сегодня проектировщики американских горок знают, что человек в среднем способен выдержать перегрузку до 5 g. Однако на горке «Флип-флэп» и других аттракционах того времени перегрузка могла достигать12 g. При таком уровне гравитационного давления происходил отток крови из мозга к ногам, что приводило к головокружению и потере сознания, связанным с гипоксией головного мозга. При кислородной недостаточности клетки сетчатки не могли обработать свет, что приводило к потере цветового зрения или временной слепоте. Когда человек оказывается вверх ногами, происходит кровоизлияние в головной мозг, и в глазах появляется красная пелена.
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.
Напротив, при отрицательных перегрузках наступает состояние невесомости. Для организма краткосрочная невесомость почти безопасна. От невесомости пассажира может укачивать, ведь жидкость во внутреннем ухе оказывается в подвешенном состоянии, что влияет на координацию движений. Однако бо́льшую опасность, вызывающую экстремальные ощущения, представляет то, что инженеры называют нулевой гравитацией. При этом теряется контакт с сиденьем, и без надлежащих мер безопасности пассажиры могут выпасть из вагончика. Многочисленные ремни и фиксирующие перекладины практически устранили эту проблему на современных аттракционах. Но поскольку положение тела во время поездки постоянно меняется, бывает сложно определить, как его необходимо зафиксировать.
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.
Однако современным инженерам хорошо известны максимально допустимые нагрузки как на организм человека, так и на конструкцию аттракциона. Разработчики намеренно сталкивают противодействующие силы, чередуя периоды сильного напряжения со спокойными периодами. А поскольку резкие переходы от положительной к отрицательной перегрузке могут привести к травмам головы, шеи и спины, стараются не допускать внезапной смены скорости и направления движения, что было характерно для аттракционов первого поколения. Современные конструкции горок стали также гораздо прочнее — их проектируют с учётом максимальных потенциальных нагрузок. При перегрузке в 5 g вес человека увеличивается в 5 раз, то есть если пассажир весит 45 килограммов, его вес увеличится до 225 килограммов. Инженеры-конструкторы должны учитывать многократное увеличение веса каждого пассажира, чтобы спроектировать опорную конструкцию.
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.
И тем не менее, американские горки — развлечение не для каждого. Посетители аттракциона могут испытать не только прилив адреналина, но также головокружение и укачивание. Но благодаря чрезмерному количеству креплений, трёхмерному и имитационному компьютерному моделированию современные американские горки стали более безопасными и захватывающими. Точные представления о границах человеческих возможностей помогли нам построить аттракционы, которые стали более быстрыми, высокими и петлеобразными,