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?
Vào mùa hè năm 1895, người ta đổ về bờ biển đảo Coney để tận mắt chứng kiến phiên bản mới nhất của công nghệ tàu lượn siêu tốc: Đường lượn Flip Flap. Tàu lượn vòng đầu tiên của Mỹ nhưng cái gì cũng có cái giá của nó. Chuyến đi gây ra nhiều ca chấn thương cột sống cổ nặng, chấn thương cổ và nguy cơ bị văng ra ngoài, tất cả là do vòng lặp đặt biệt của nó. Ngày nay, tàu lượn siêu tốc có nhiều thủ thuật thú vị hơn, và cũng không cần phải lo đến việc thăm bác sĩ sau đó. Nhưng chính xác là, tàu lượn siêu tốc đã làm gì cơ thể bạn, và người ta đã làm cách nào mà nó vừa đáng sợ và cũng an toàn hơn?
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.
Tại trung tâm của tàu lượn siêu tốc là lực hấp dẫn. Không giống như xe hơi hay tàu hỏa, hầu hết tàu lượn siếu tốc chạy trên đường ray gần như hoàn toàn nhờ năng lượng của lực hấp dẫn. Sau khi leo lên đỉnh đầu tiên, tàu lượn bắt đầu một chu kỳ chuyên biệt - tích tụ thế năng trên đường lên và tăng động năng trên đường xuống. Chu trình này lặp đi lặp lại trong suốt chuyến đi, tạo nên vũ điệu hoàn hảo của năng lượng hấp dẫn. Nhưng một biến số quan trọng trong chu trình này
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.
không phải lúc nào cũng được xem xét cẩn thận: Chính là bạn đó. Vào thời của Flip-Flap, các nhà thiết kế sợ rằng tàu sẽ bị kẹt tại một điểm nào đó trên đường ray Để giải quyết mối quan tâm hàng đầu này, họ đẩy tàu đi xuống và kéo phanh khi nó đến trạm. Nhưng lực hấp dẫn không chỉ ảnh hưởng đến tàu mà còn cả hành khách. Và trong điều kiện dữ dội của tàu lượn,
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”.
ảnh hưởng của lực hấp dẫn được nhân lên. Có một đơn vị chung được sử dụng bởi phi công, phi hành gia và các nhà thiết kế tàu lượn được gọi là "lực G". Lực G là lực hấp dẫn quen thuộc bạn cảm thấy khi đứng trên mặt đất - đây là lực hút của trái đất lên cơ thể chúng ta. Nhưng khi hành khách tăng và giảm tốc độ, họ cảm nhận nhiều hoặc ít hơn lực G. Các nhà thiết kế xe hiện đại biết rằng cơ thể có thể chịu đựng được khoảng 5G, nhưng các vòng Flip-Flap thời đó thường xuyên đạt tới 12G. Dưới áp lực như vậy, máu di chuyển nhanh từ não đến chân, làm bạn cảm thấy choáng váng hoặc ngất xỉu khi não cố gắng để giữ tỉnh táo. Và thiếu oxy trong tế bào võng mạc làm suy yếu khả năng xử lý ánh sáng, gây ra mờ mắt hoặc mù tạm thời. Khi các hành khách lộn ngược, máu có thể tràn vào hộp sọ, gây ra hiện tượng thấy toàn màu đỏ được gọi là "redout". Ngược lại, lực G âm sẽ gây ra sự vô trọng lượng.
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.
Với cơ thể, vô trọng lượng trong thời gian ngắn thường là vô hại. Nó có thể làm cho người chơi cảm thấy xây xẩm khi các nội dịch bị kẹt trong tai trong của họ ảnh hưởng đển khả năng giữ thăng bằng. Nhưng nguy cơ tiềm ẩn lớn hơn - và sự hồi hộp - đến từ cái mà các nhà thiết kế gọi là thời gian chơi. Khi hành khách ngồi trên những ghế tách biệt và không có biện pháp phòng ngừa thích hợp, sẽ bị văng ra khỏi ghế. Đai an toàn và dụng cụ bảo hộ của tàu lượn hiện đại giải quyết phần lớn vấn đề này, nhưng nếu hành khách thay đổi cách ngồi sẽ khó khăn hơn trong việc xác định những gì cần phải giữ lại.
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.
May mắn thay, các nhà thiết kế hiện đại hiểu rất rõ những gì cơ thể của bạn và tàu lượn có thể chịu được. Các kỹ sư tàu lượn dùng lực này để triệt tiêu lực khác để cân bằng áp lực trong suốt thời gian chơi. Và sự chuyển đổi nhanh từ giá trị dương sang âm của lực G có thể dẫn đến chấn thương cột sống cổ, đau đầu, đau lưng và cổ, họ tránh những thay đổi lớn về tốc độ và phương hướng rất phổ biến trong các đường ray cũ. Các tàu lượn hiện đại cũng cứng cáp hơn, và được tính toán kĩ lưỡng hơn về lực hấp dẫn gánh chịu. Với 5G, cơ thể của bạn cảm thấy nặng hơn gấp 5 lần. Nếu nặng 45 kg bạn sẽ cảm thấy 225 kg khi trên tàu lượn. Các kỹ sư phải tính đến trọng lượng nhân của mỗi hành khách khi thiết kế các thanh đỡ.
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.
Tuy nhiên, tàu lượn siêu tốc không dành cho tất cả. Sự tăng nhanh adrenaline, choáng váng hay say tàu sẽ vẫn luôn còn đó. Ngày nay, để hạn chế những bất cập, phần mềm mô phỏng và mô hình 3D đã giúp tàu lượn an toàn và hồi hộp hơn bao giờ hết. Kiến thức chính xác về những giới hạn của cơ thể con người giúp ta xây dựng những tàu lượn nhanh hơn, cao hơn và nhiều vòng hơn mà không bị trật khỏi đường ray.