Las montañas rusas pueden ser máquinas emocionantes que provocan vómitos y lágrimas, pero también son ejemplos fascinantes de la física compleja en acción.

Hacer que una cadena de autos atraviese un nudo de caídas, vueltas, vueltas y lanzamientos requiere que equipos de ingenieros mecánicos analicen conceptos como fuerzas, aceleración y energía. Para tener una idea de la ciencia detrás de nuestras atracciones favoritas, hablamos con Jeffrey Rhoads, profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica de Purdue y creador de la clase de dinámica de montaña rusa de la universidad.

Completando el circuito

Empecemos con lo básico. Las montañas rusas, como todo lo demás, deben obedecer la ley de conservación de la energía, lo que significa que el tren solo puede ir tan rápido y tan lejos como lo permita la cantidad de energía almacenada (potencial).

La energía potencial generalmente proviene de levantar el tren cuesta arriba con una cadena o un cable. Cuando un tren desciende por una colina, la energía potencial se convierte en energía en movimiento (cinética); cuanto más rápido va el tren, más energía cinética tiene.

La energía cinética se convierte de nuevo en energía potencial a medida que los coches ascienden por las colinas posteriores. Debido a que los autos necesariamente pierden algo de energía a través de fuerzas como la fricción y la resistencia del aire, el punto más alto en una montaña rusa tradicional (piense: Six Flags Magic Mountain's Goliat o Coloso retorcido paseos) es casi siempre la primera colina. Si hay otra caída importante más alta que la primera, los diseñadores agregan más ascensores (piense: la gran caída al final de Disney & apos; s Splash Mountain).

Algunas montañas rusas caen más de 90 grados, curvándose hacia adentro en la parte superior de la colina de elevación, como en Valravn en Cedar Point. La física en juego es la misma, pero Rhoads dice que estas gotas pueden ofrecer una sensación más aguda de ingravidez.

Otras montañas rusas, como Kingda Ka de Six Flags Great Adventure o Top Thrill Dragster de Cedar Point, almacenan su energía en lanzadores, émbolos de pinball accionados por líquido o aire a presión, o en electroimanes integrados en la pista y los automóviles. Las montañas rusas de lanzamiento no requieren gigantescas colinas elevadas (lo que ahorra mucho espacio) y ofrecen un tipo diferente de emoción anticipada. Los parques grandes quieren una variedad de experiencias para los ciclistas y las montañas rusas de lanzamiento son una excelente manera de cambiar la sensación, dice Rhoads.

Bucles, volteretas y giros

Los ingenieros generan emoción a través de la aceleración, básicamente cambiando la velocidad de los ciclistas de formas poco naturales y altamente diseñadas. Los ingenieros de la montaña rusa recurren a las leyes del movimiento de Newton para que los ciclistas sientan las fuerzas combinadas de la gravedad y la aceleración, lo que produce una sensación corporal excitante e inusual. Bucles, sacacorchos y giros cerrados obligan a los ciclistas & apos; cuerpos vertical y horizontalmente de forma calculada.

¿Alguna vez se preguntó por qué los bucles tienen forma de lágrima en lugar de circular? El desafío es diseñar las transiciones dentro y fuera del circuito ”, dice Rhoads. Debe asegurarse de no provocar sacudidas o cambios en la aceleración que puedan provocar un latigazo cervical. Cualquier cosa que se mueva en un movimiento circular experimenta otro tipo de aceleración llamada aceleración centrípeta, que aumenta cuanto más rápido va el automóvil o más pequeño es el círculo. Un bucle circular causaría una sacudida por la repentina adición de la aceleración centrípeta. Una forma de lágrima controla esa aceleración, facilitando al ciclista a través del bucle y evitando tirones.

Y luego están los rollos, que pueden desorientar a los ciclistas de varias maneras. Los giros en línea son rollos que giran los trenes alrededor de la vía, pero los rollos de línea del corazón intentan rotar a los pasajeros alrededor de sus cofres. Coloso en Thorpe Park (arriba) es el mejor ejemplo de tiradas de línea de corazón en funcionamiento: el viaje de 90 segundos cuenta con 10 inversiones, incluidas cuatro tiradas de línea de corazón consecutivas. Veremos más [posavasos con] múltiples rollos en serie uno tras otro, dijo Rhoads, porque crea una enorme cantidad de desorientación.

Madera versus acero

Los posavasos de madera no pueden adaptarse muy bien a los bucles, por lo que a menudo son menos desorientadores que sus contrapartes de acero. Entonces, ¿por qué algunos ciclistas los prefieren? A la gente ... le gusta la anticipación, la fragilidad de ellos que los amplifica un poco. Quieren sentir que la estructura se mueve debajo de ellos, dice Rhoads. Los posavasos de acero son casi exactamente lo contrario. Es como conducir un vehículo antiguo en lugar de conducir el deportivo más nuevo.

Las montañas rusas de madera tienden a no tener vueltas o rollos, porque se necesitaría demasiada madera para soportar la fuerza de un tren de montaña rusa pesado. Hades 360 en el monte. Olimpo en Wisconsin soporta un rollo sobre rieles de madera con andamios de acero.

Posavasos de próxima generación

Hay muchas formas en las que puedes arrojar a la gente en pequeños carritos enviándolos hacia arriba, hacia abajo y al revés. Algunos constructores de atracciones crean compartimentos que ruedan independientemente de los coches, rodeando ejes perpendiculares a la pista, lo que añade más vueltas sin necesidad de más vueltas. Realmente puedes ver esto en el Joker en Six Flag & apos; s Great Adventure (debajo).

Sin embargo, las experiencias de la montaña rusa son más que la suma de sus aceleraciones. Otros constructores están agregando luces, humo, enviando posavasos bajo tierra y agregando helicópteros de cabeza y pies, barras cercanas pero no demasiado cercanas que brindan un elemento adicional de emoción y / o terror. Esa es la trayectoria que vamos a seguir por un tiempo, dijo Rhoads. Más grande y más rápido no será posible por mucho más tiempo.