惊险之旅:极限机器的物理学

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


我们当中谁不渴望体验,哪怕是短暂地,在太空中的失重感呢?难怪,Jen-Luc Piquant 正兴奋地精打细算她的虚拟货币,希望能攒够钱,体验一家名为 BRC Imagination Arts 的公司正在设计的新型极限过山车。

亮点:该设计模仿了 NASA 臭名昭著的“呕吐彗星”飞行路径的元素,以创造持续整整九秒的微重力模拟。(要怪就怪 io9 的家伙们,是他们发布的文章让她兴奋不已。)据《大众科学》报道


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“为了创造那种幻觉,线性感应电机系统将以前所未有的精度加速过山车。当过山车接近超过 100 英里/小时的最高速度时,它会突然且非常轻微地减速——刚好足以将乘客从座位上抛起来,就像弹射器中的石头一样——然后迅速调整速度以与乘客保持队形并围绕乘客飞行。(游乐设施的计算将与任何特定群体的独特重量相对应。)”

“当过山车到达轨道顶部并开始向下坠落时,计算机系统将继续使其速度与坠落乘客的速度相匹配,从而将失重感延长数秒,并最终快速减速以在基地站停下来。"

唉,Jen-Luc 将不得不长时间精打细算她的虚拟货币,因为这种刺激体验的价格不菲:建造零重力过山车应该花费大约 5000 万美元,公司需要从票价中收回这些成本。“呕吐彗星”的票价约为 3500 美元,而且这些费用由 NASA 承担。我相信她希望阿什顿·库彻——最新一位预订维珍银河太空飞行的名人——会被她像素化的魅力所倾倒,并在他们难忘的第一次约会中请她体验一下。(Jen-Luc 有时有点妄想。)

极限过山车现在非常流行。例如,日本拥有世界上最陡峭的过山车,去年首次亮相。高飞车加速到 100 英里/小时,落差 43 米,自由落体角度为 121 度。它持续 112 秒,票价为 12.50 美元,因此与零重力版本相比,这相当划算。

本月早些时候,《时代周刊》报道了一款全新的过山车,名为伦敦索普公园的“蜂群”,这是一种翼式游乐设施,乘客的手臂和腿可以自由摆动,并具有 127 英尺的倒置跌落。最值得注意的是:据说这种游乐设施非常令人胆战心惊,即使是身经百战的前英国皇家空军战斗机飞行员也有些畏惧。“你真的感觉好像要撞到建筑物了,”一位这样的前飞行员承认。哦,游乐设施在测试期间撕碎了一些碰撞测试假人。好时光。

但是,没有什么比 Design Interactions Research 的优秀人士所从事的一个引人入胜的项目更极限了,该组织“专注于探索人、科学和技术在许多不同层面上的互动”。这种特殊的“互动”是 Julijonas Urbonas 的创意,他是一位设计师、艺术家、工程师和博士生,专门研究“重力美学”,并将其体现在“重力剧场”中。他还是立陶宛一家游乐园的总经理,因此他的项目被称为 安乐死过山车 是很自然的。正如他所描述的那样

“‘安乐死过山车’是一种假设的安乐死机器,以过山车的形式设计,旨在人道地——优雅而欣快地——夺走人类的生命。乘坐过山车的轨道,骑乘者会经历一系列强烈的运动元素,这些元素会引发各种独特的体验:从欣快感到惊险,从隧道视觉到意识丧失,最终,死亡。”

“得益于航空/航天医学、机械工程、材料技术以及当然还有重力方面先进的跨学科研究的结合,致命的旅程变得令人愉悦、优雅且有意义。这座 ‘动态雕塑’ 庆祝了人体的极限,实际上是终极过山车:著名的费城雪橇公司前总裁约翰·艾伦曾经说过,‘终极过山车是当你送出 24 个人,而他们都死了回来时建造的。这可以做到,你知道。’”

没错:杀手过山车!如果您想知道游乐园游乐设施是否真的会致命——是的,这取决于过山车的设计,而且 Urbanos 特意设计了他的过山车,以最大限度地提高其他过山车设计师试图最小化的不利生理影响。(探索频道有一个很棒的网站,您可以在那里尝试设计自己的过山车。)

不仅仅是速度;你需要平稳的乘坐体验。早期的过山车与现代尖叫机器相比速度非常慢,但即使在慢速下,一个简单的环形轨道也可能导致挥鞭伤和其他颈部和背部损伤。1885 年,Flip-Flap 以 25 英尺直径的环形轨道首次亮相,但由于乘客因剧烈、猛烈的运动而遭受的所有伤害,它于 1903 年关闭。现代环形过山车设计采用泪滴形状是有原因的;它可以最大限度地减少对人体造成如此严重破坏的力。

速度当然可能是一个因素,就像 1999 年男性模特法比奥和一只野鹅之间的臭名昭著的遭遇一样。弗吉尼亚州威廉斯堡的布希花园请来法比奥参加公园新过山车阿波罗战车的开幕式——他有着飘逸的金发、棱角分明的下巴和完美雕塑般的躯干,最出名的是在廉价爱情小说的封面上穿着战略性撕裂的衬衫,以及在电视上推销黄油替代品。法比奥欣然接受。但在最初 210 英尺的坠落过程中,一只野鹅飞到过山车的路径上,撞到了法比奥的脸上。撞击划伤了模特的鼻子,并杀死了那只鹅,它的破碎的尸体后来从附近的一条河里捞出来。法比奥结束这段旅程时,脸上沾满了鲜血。

责怪那些讨厌的“G 力”:一种以重力来衡量加速度的单位,它告诉你我们实际感受到的力有多大。过山车不断加速——向前和向后、向上和向下、左右——所以你会感受到重力拉力的强度变化。例如,1G 是地球的重力:骑乘者在汽车静止或以恒定速度行驶时所感受到的力。加速度改变了方程式。例如,在 4G 的情况下,骑乘者将体验到相当于自身体重四倍的力。

可怜的法比奥在与神风敢死队鹅的遭遇后遭受了很多嘲笑;人们嘲笑这位身高 6 英尺 3 英寸、体重 220 磅的壮汉在 22 磅的水禽面前表现如此糟糕。但是假设碰撞持续了百分之一秒,并且过山车以大约 70 英里/小时的速度行驶,那么法比奥将吸收相当于橄榄球名人堂成员“Mean Joe Green”的猛烈擒抱的冲击力,其力量相当于重量级冠军迈克·泰森的结实一拳。然而,没有一位记者说过,“那个法比奥,他真的很能挨拳!”

所以,是的:你的过山车有阴暗面:事故和伤害确实会发生,与过山车相关的人类死亡人数每年在 2 到 4 人之间。这似乎微不足道;死亡事故发生在约 4.5 亿名乘客中仅有一人。但是最新的过山车可以达到 100 英里/小时的最高速度,G 力等级高达 6.5。

为了比较,宇航员在升空时以高达 17,440 英里/小时的速度飞行时通常会体验到 4G 的力,而 NASCAR 赛车手报告说在体验 5G 的力后感到头晕。过山车设计师反驳说,宇航员和 NASCAR 赛车手体验到的是持续的 G 力;过山车乘客通常只暴露在高 G 力下一秒或更短的时间。

当然,人们也不能完全忽视人类的愚蠢行为。一些最壮观的事故发生是因为乘客无视基本的安全预防措施。移除安全带可能会将骑乘者抛出车外,并以高速将其抛向空中。1996 年,在六旗美国大冒险乐园,一名男子走到限制轨道区域去捡他妻子的帽子,帽子被大风吹走了。一辆“壮志凌云”悬挂式过山车上的乘客踢了他的头部,当场将该男子杀死。骑乘者腿部骨折。

但是安乐死过山车似乎更关注更隐蔽的生理影响;一些医生认为,高速游乐设施的剧烈颠簸和摇晃可能具有与职业橄榄球相同的脑部撞击效应。强大的 G 力会导致头痛、恶心和头晕——可能无害,但也可能是轻微脑震荡的症状——仅仅是因为身体没有足够的时间来适应不断变化的环境。

这种影响可能类似于车祸期间或人被剧烈摇晃时大脑发生的情况。当头部猛烈地前后摆动时,大脑可能会从颅骨的一侧拉开,并以足够的力撞击另一侧,从而导致微小的血管破裂。渗出的血液积聚在大脑和颅骨之间的小空间中,由此产生的压力如果得不到治疗,可能会导致永久性脑损伤或死亡。仅在 2001 年夏天,就有三名妇女在加利福尼亚州的过山车上遭受了致命的脑损伤,尽管其中两名受害者患有先前存在动脉瘤——大脑血管上的薄弱点——在乘坐过程中破裂。

这些危险都不太可能劝退任何铁杆过山车爱好者;这只是刺激的另一部分。但听法比奥一句劝:过山车肯定会伤害你。而安乐死过山车真的想杀死你。至少首先,它会给你带来一生中最刺激的旅程。

图片:

(顶部)图片来源:Nick Kaloterakis。通过 Popular Science

(中部)“安乐死过山车”设计,作者:Julijonas Urbonas

(底部)“乘坐内部”:零重力过山车渲染图。图片来源:Greg Maxson。来源:BRC Imagination Arts。也通过《大众科学》。

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