какая перегрузка на карусели
Физика города: как американские горки встряхивают наш организм
Иллюстрация: Полина Бреева
В обозримом будущем на ВДНХ появится новый парк аттракционов, а уже в 2017 году можно будет покататься на гигантском колесе обозрения диаметром 100 метров. Мы решили разобраться, какие нагрузки испытывает организм во время катания и что за технологии обеспечивают нашу безопасность. Ответы нашли наши друзья из Детского центра научных открытий “ИнноПарк”.
Аттракционы делятся на шесть типов:
Перегрузка по линии “голова – таз” заставляет нежестко закрепленные органы (печень, почки) опускаться на максимально возможную глубину. Кровь тоже устремляется вниз – от головы, сердца и легких в брюшную полость и ноги. При этом лицо вытягивается, а голени раздуваются. Если перегрузка действует в обратном направлении, кровь приливает к верхней части тела. Как следствие, кровотечение из носа и разрыв глазных сосудов.
Аттракционы в Москве
Самый популярный в мире аттракцион – катальные горы – российское изобретение. Императрица Елизавета Петровна в 1741 году велела разработать его российскому механику Андрею Нартову. Первую в мире 400-метровую деревянную установку с волнами на поверхности (они-то и создают эффект невесомости) в 1757-м построили архитекторы Ринальди и Растрелли в Ораниенбауме (это под Санкт-Петербургом).
С горы спускалась тележка на колесиках, похожая на сани. Пока государыня получала монаршую порцию экстрима, на запятках за безопасностью бдили два офицера гвардии. В случае чего они должны были спасти ее любой ценой. Екатерине II аттракцион понравился так сильно, что она стали заказывать копии и дарить их другим правителям на дни рождения. Горки покорили Европу, а затем и Америку, где до сих пор называются “русскими”.
Вагонетка почти все время едет по радиусу, поэтому здесь действует центростремительное ускорение, равное 8,83 м/с
“Эволюция Москвы”: Как развиваются аттракционы для детей
Величина перегрузок на аттракционах за последние 20 − 30 лет особо не изменилась, поскольку пассажиры не стали более выносливыми. Современные машины спроектированы с помощью программ компьютерного моделирования, перегрузки на каждом метре пути тщательно просчитаны. Если внимательно присмотреться к новым, более скоростным аттракционам, хорошо видно, что их отличительная особенность – большие радиусы поворотов. И это не украшения. Они нужны для поддержания перегрузок в разумных рамках.
Тарзанка – один из опаснейших аттракционов. Человека привязывают за ноги эластичным тросом и либо сбрасывают с высоты, либо оттягивают и выстреливают вверх, как из рогатки. И в том и другом случае человек испытывает перегрузку 3 g – вроде бы допустимую, но не когда мы висим вниз головой. Кровь приливает в мозг так резко, что происходит микроинсульт. После прыжка человек может чувствовать себя нормально, но лет через десять обычный стресс может вызвать кровоизлияние.
О надежности аттракционов говорит тот факт, что в эту сферу инженеры зачастую уходят из космического проектирования. Так случилось с конструктором космических аппаратов завода имени Зверева Владимиром Гнездиловым, который занялся этой работой еще в 1980-х годах. В качестве примера заимствования технологий он приводит сварку с аргоном – дорого, но прочнее не придумаешь.
Елена Стрижакова, Детский центр научных открытий “ИнноПарк”
Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему под нами дрожит земля, когда под нами проезжает поезд метро? И может ли в Москве произойти землетрясение? Какими видят нас люди из космоса?
Мы предложили коллегам из Детского центра научных открытий “ИнноПарк” дать ответы на наши вопросы и разъяснить, сколько велосипедистов нужно для освещения столицы, какие оптические иллюзии можно увидеть в городе и как начать экономить энергию, не выходя из дома. Так появился проект “Физика города”. Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.
10 самых экстремальных аттракционов в мире
Для того, чтобы пощекотать себе нервы любители острых ощущений готовы на самые неожиданные поступки. Удовлетворить запросы экстремалов, но минимизировать количество несчастных случаев по всему миру помогают аттракционы, где выброс адреналина у людей происходит под контролем специалистов.
Мы представляем вашему вниманию десятку экстремальных развлечений, прокатившись на которых даже самый бесстрашный посетитель не останется равнодушным.
Аттракцион The Smiler в парке Alton Towers, Великобритания
Этот аттракцион знаменит не только своей высотой, скоростью, количеством резких поворотов, но и своеобразным дополнительным катализатором страха. Над созданием The Smiler работали инженеры, проектировщики, психологи, дизайнеры и ученые, изучавшие природу страха. Все дело в том, что путь, продолжительностью в 2 минуты и 45 секунд, наполнен игрой света и оптическими иллюзиями. Проезжая по 14-ти петлям разнообразного диаметра, со скоростью, превышающую 85 км/час, посетители уклоняются от надвигающихся на них иголок и зажмуривают глаза от яркого света.
Стоимость такого приключения составляет 36 евро для взрослых.
Аттракцион Colossus в парке развлечений Thorpe, Великобритания
Местные жители Великобритании прозвали этот аттракцион «монстром американских горок». По словам посетителей, Colossus напоминает тренировку космонавтов перед полетом. За довольно короткий промежуток времени человек испытывает эмоции, окрашенные в самые разнообразные оттенки цветов. Colossus может похвастаться десятью витками, включая двойную спираль, завиток кобры и другие. Длина аттракциона составляет 850 метров, а скорость достигает 77 км/час.
Аттракцион X Scream в США
Это развлечение находится в Лас-Вегасе на вершине небоскреба. Посетитель, жаждущий получить порцию адреналина, занимает место в открытом вагончике, который располагается на краю крыши. Вагонетка на полном разгоне летит словно в пропасть, зависая на высоте 330 метров. Самые смелые могут занять места в первом ряду, так как именно эта часть вагона пересекает край рельсов и ныряет вниз. Такое экстремальное удовольствие посетители аттракциона испытывают несколько раз.
Аттракцион Big Shot в США
Название развлечения говорит само за себя: «Большой выстрел», где посетители выполняют роль пуль или пушечных ядер. Аттракцион представляет собой конструкцию, которая поднимает людей со скоростью 72 км/час на высоту 329 метров, а затем совершает свободное падение вниз. Тут есть чего бояться, все-таки Big Shot расположен на вершине небоскреба «Стратосфера», являющимся одним из самых высоких в мире с точки зрения общей высоты над уровнем земли.
Аттракцион «Катапульта» в России
Одним из самых высоких и экстремальных в мире аттракционов с подобным механизмом считают катапульту, находящуюся на Крестовском острове Санкт-Петербурга. Огромная рогатка, выстреливающая капсулой с людьми более, чем на 70 метров в высоту, ежедневно собирает толпы зрителей. Говорят, что с максимально высокой точки аттракциона открывается живописный вид на северную столицу, но мало кто может его оценить, ведь через секунду начинается самое страшное: зона свободного падения и повороты кресел вокруг своей оси.
Аттракцион Dodonpa в Япониии
Среди бесстрашных японцев нашлись поклонники и гигантского роллокостера, приходящие испытать широкий спектр эмоций каждые выходные. Во время поездки скорость кабинок с посетителями в 4 раза превышает ускорение свободного падения: поезд разгоняется до 172 км/ч за 2 секунды. В таких условиях человек может почувствовать себя ядром, которое только что вылетело из пушки по неизвестной траектории. Большинство прокатившихся соглашаются, что 55 секунд, проведенные на аттракционе, кажутся целой жизнью.
Банджи-джампинг в Макао
Аттракцион Formula Rossa в ОАЭ
Самая быстрая в мире американская горка Formula Rossa расположена в Абу-Даби в парке развлечений Ferrari World. Даже отъявленные экстремалы, протестировавшие большинство самых пугающих аттракционов в мире, утверждают, что здесь страх появляется на физиологическом уровне, хочешь того или нет. За пару секунд при помощи катапультной системы запуска вагонетка разгоняется от 0 до 240 км/ч. Организм, не подготовленный к подобному ускорению и перегрузкам, вырабатывает адреналин, который и является основной целью посещения подобных аттракционов.
Карусель Insanity в США
Карусель – звучит безобидно, но только если это не Insanity, расположенная на крыше небоскрёба в Лас-Вегасе. Казалось бы, что может напугать человека, который пришел опробовать аттракцион, разгоняющейся всего лишь до 60 км/ч? У проектировщиков карусели Insanity лаконичный и вполне понятный ответ на данный вопрос: высота. Бездна, глубина которой достигает 300 метров, оказывается прямо под посетителями аттракциона. Специально для тех, кому недостаточно одной высоты, карусель «раскрывается», и лица людей во время кружения оказываются внизу, откуда открывается чудесный вид на город.
Zip World at Penrhyn Quarry Великобритания
Ощущение полета над просторами северного Уэльса может подарить вам экстремальный канатный аттракцион Zip World at Penrhyn Quarry. В отличие от себе подобных развлечений, этот знаменит высотой, скоростью и прекрасными видами. Разгоняясь до 161 км/ч на высоте нескольких сотен метров, экстремал наслаждается видами на величественные горы и завораживающее озеро. Длина троса, по которому спускаются люди – более полутора километров, а примерное время «полета» – 2 минуты.
Аттракционы по науке
Почему нам нравится быть напуганными, какие силы позволяют нам не упасть вниз с американских горок и почему нас укачивает, рассказывает Indicator.Ru, рассмотревший популярные аттракционы с точки зрения науки.
Сейчас только середина зимы, но многим уже хочется, чтобы поскорее наступило лето. Давайте перенесемся в него, а еще лучше — в парк аттракционов.
Американские горки
Американские горки, наверное, самый популярный аттракцион в парке развлечений. «Американскими» горки зовут только русскоязычные любители острых ощущений, для жителей других стран они — «русские». Дело в том, что аттракцион в современном виде был сконструирован в США, его запатентовал американский инженер Джон Тейлор под названием «Наклонная железная дорога» (Inclined Railway), а запущены горки впервые были в 1884 году.
Американские горки, установленные на Кони-Айленде в 1884 году
Самым древним прообразом «русских» горок считается столь любимое нашими предками катание зимой на санках. Чуть ближним упоминанием считаются горки, установленные Екатериной Великой в Ораниенбауме, недалеко от Петербурга, в 1784 году. Другие историки говорят, что первые русские горки были установлены в 1812 году Париже под названием Les Montagnes Russes à Belleville — Русские горки в Бельвиле.
Kingda Ka, самые высокие и вторые по скорости «американские горки» (Нью-Джерси, США)
Dusso Janladde/Wikimedia Commons
На этом аттракционе есть два особо щекотливых момента: когда на большой скорости пассажиры летят с крутого подъема и когда тележки переворачиваются вверх дном, проезжая так называемую мертвую петлю.
Спасает только ремень безопасности?
Когда несущиеся вагончики входят в мертвую петлю, они и сидящие в них пассажиры переворачиваются вниз головой, но, к счастью, не падают на землю. Происходит это не только потому, что тележки крепятся к рельсу особым образом и людям опускают на плечи специальные перекладины.
Крепление вагонетки к рельсу
Здесь имеет место действие нескольких сил: инерционной, центростремительной и силы тяжести. Сумма силы инерции и центростремительной силы называется центробежной силой. Чтобы человек не вывалился из сидения, в верхней мертвой точке сила тяжести должна быть меньше, чем центробежная сила. Для этого при прохождении через мертвую петлю вагонетка должна иметь достаточный импульс. Это не значит, что можно смело снимать с себя защитную перекладину, катаясь на американских горках. Кроме того, не забывайте, что освободить вас может только смотритель аттракциона, и только на земле.
В любой непонятной ситуации — кричи
Катаясь на американских горках, вы непременно почувствуете выброс адреналина — гормона, который вырабатывается в надпочечниках. Адреналин вызывает сужение сосудов кожи и кишечника, но расширяет сосуды мозга, сердца и скелетных мышц. У человека учащается сердцебиение, снижается аппетит, пересыхает во рту и просто «дух захватывает».
Крики пассажиров умолкают, и тележки замедляют ход. Вагонетки останавливаются с помощью тормозов, работающих за счет силы трения, которая превращает кинетическую энергию, энергию движения, в тепловую.
Комната страха
Следующий пункт маршрута — аттракцион под названием «Комната страха». Но почему мы так хотим испугаться? Почему людям вообще нравится бояться? Поход в комнату страха также не обходится без выброса адреналина у особо впечатлительных людей. Однако то, что адреналин улучшает настроение, не совсем верно.
«Адреналин сам по себе не обладает психоактивным действием. Но зато при испуге увеличивается синтез эндорфинов — они понадобятся на тот случай, если человек или животное получит травму, чтобы не умереть от болевого шока. Поскольку в комнате ужасов болевой шок нам не грозит, то невостребованные эндорфины вызывают повышение настроения, после того как мы из этой комнаты страха благополучно спаслись», — комментирует биолог Ася Казанцева.
Получается, что главное условие получения такого удовольствия — знать, что вы в безопасной обстановке и вам не угрожает реальная опасность. Пощекотать себе нервы можно не только с помощью аттракционов. Просмотр фильма ужасов в подходящей атмосфере может вызвать такие же эмоции.
Колесо обозрения
Первое колесо обозрения построил в 1893 году инженер Джордж Феррис. Оно было придумано как ответ американцев на башню Эйфеля в Париже. Колесо, диаметр которого составлял 75 метров, а масса — несколько тысяч тонн, приводилось в движение с помощью двух паровых машин. К его ободу было прикреплено 36 кабин, каждая была размером с автобус. Стержень для поддержки всей конструкции был настолько тяжелым, что пришлось специально проложить железную дорогу, чтобы доставить его на паровозе к месту стройки.
Колесо обозрения Джорджа Ферриса, сконструированное им к Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году
Архив New York Times
В России колесо обозрения часто называют чертовым колесом. Скорее всего, такое прозвище привязалось из-за советского мультфильма «Ну, погоди!». В одном из эпизодов Волк катается на колесе обозрения, а за кадром звучит песня Муслима Магомаева «Чертово колесо».
Интересно, что чертовым колесом раньше в России называли совсем другой аттракцион, представляющий собой горизонтальное колесо. Люди залезали на чертово колесо, оно раскручивалось и разбрасывало их в разные стороны благодаря центробежной силе.
Застрял? Расслабься и получай удовольствие
Сейчас, разумеется, колесо обозрения работает на электричестве, а не с помощью паровых машин. И если вдруг электричество по каким-то причинам отключится, а вы застрянете на вершине аттракциона, то можете расслабиться и наслаждаться видом: смотрителям парка не составит труда помочь вам. Для начала механик поднимется к центру колеса по служебной лестнице, чтобы отключить тормоз, так как при сбое в электроснабжении тормозные колодки сжимаются и блокируют вращательный вал колеса — аттракцион останавливается. Для отключения тормоза колодки необходимо отжать.
Чтобы вернуть вас на землю, спасатели вручную будут крутить громадное колесо. Но как несколько людей смогут сдвинуть с места конструкцию массой более 200 тонн? Здесь действует принцип рычага, который позволяет человеку поднимать тяжести, во много раз превосходящие массу его собственного тела. В случае с колесом роль рычага играет внешний диск конструкции, а точкой опоры служит центральная ось. Чем длиннее плечо силы (расстояние от точки опоры до точки действия), тем меньшее усилие нужно приложить, чтобы сдвинуть предмет с места. Поэтому аттракцион вполне может работать с помощью людей, правда, в этом случае один оборот колеса займет в два раза больше времени.
Карусель
Вы подошли к детской карусели, где, сидя на разноцветных креслах в форме животных, кружатся счастливые дети. Интересно, что эта детская забава выросла из рыцарских турниров. Карусель стала использоваться для тренировки конных воинов около десяти веков назад. Платформа приводилась в движение человеком или лошадьми.
Физика на карусели
Одному из детей на карусели становится скучно, и он, пока не никто не видит, решает покинуть свою «лошадку». Непоседливый ребенок идет вперед по направлению движения карусели. В этом случае дитя относительно наблюдающей за ним мамы двигается со скоростью, равной сумме скорости движения вдоль окружности и скорости, действующей по касательной к окружности.
Теперь ребенок под угрожающие крики мамы решил направиться к центру карусели, держась за ведущий к нему поручень. В этом случае ребенок будет совершать работу против центробежной силы. Также на него будет действовать сила Кориолиса, стремящаяся «снести» ребенка вбок, отклонив его движение от радиального направления. Ребенок, прилагая усилие к поручню, тем самым будет противодействовать этому «сносу» и раскручивать карусель.
«Все вертится, и кружится, и несется кувырком…»
Зачастую поход в парк аттракционов омрачается чувством тошноты. Почему, прокатившись на карусели, некоторые люди чувствуют себя отлично, а некоторые бегут в ближайший туалет? Все дело в вестибулярном аппарате. Этот крошечный орган расположен в улитке внутреннего уха, в полукружных каналах, заполненных жидкостью — эндолимфой. Вестибулярная система помогает человеку ориентироваться в пространстве. При изменении положения тела чувствительные волоски на стенках каналов реагируют на колебания эндолимфы и смещение отолитов (кристалликов карбоната кальция) и посылают сигнал в мозг.
Парки аттракционов: остаться в живых
О популярности парков аттракционов говорит тот факт, что в прошлом году только в США их посетило 335 млн. человек. В Европе показатели ниже: тамошние 300 парков аттракционов почтили своим вниманием 40 млн. человек. Интерес к аттракционам поддерживается новейшими технологиями, которые позволяют добиваться небывалых скоростей, пугающей высоты и просто фантастической красивости аттракционов. Однако эти же технологии зачастую становятся причиной трагических случаев. В том же “Диснейленде” за все время функционирования парка погибло около 60 человек. По данным медиков, ежегодно примерно 20 тысяч американских детей младше 14 лет получают в парках аттракционов травмы различной степени тяжести.
Спасение катающихся
Среди вызывающих наибольшие опасения у медиков аттракционов находятся “американские горки”. На старте кабинки набирают скорость до 80 км/ч всего за 2 секунды. Подобную экстремальную нагрузку выдерживает не каждый организм: поднимается давление, рвутся сосуды, возникают другие проблемы со здоровьем. Для некоторых подобная нагрузка становится фатальной, как произошло с 28-летней американкой Перэлл Сантес, которая решила прокатиться на горках, не зная, что у нее слабые сосуды. В итоге развлечение завершилось для нее кровоизлиянием в мозг, от которого она скончалась. По словам адвоката семьи Сантес Барри Новака, нагрузки, испытываемые организмом человека во время катания на американских горках, можно сравнить с условиями космического полета.
Исследования выявили, что 13 из 34 смертельных случаев, произошедших в период между 1987 и 2001 годами в тематических парках Соединенных Штатов, зарегистрированы именно на “американских горках”. Большая часть умерших оказались жертвами инсультов, мозговых гематом и нарушений функций каротидных артерий. Медики также обратили внимание на участившиеся случаи приступов эпилепсии среди пользователей аттракционов, вызванные громким шумом и вспышками света, а также обострением язвенной болезни.
Поэтому прежде чем прокатиться на аттракционе, здраво оцените свои силы.
Машины-убийцы
И все же основной причиной гибели людей во всем мире остаются именно технические неисправности аттракционов.
На самоконтроле
Огромные сложности в процедуру контроля аттракционов вносит то обстоятельство, что в России на сегодняшний день не существует ни внятного законодательного регулирования их работы, ни структуры, осуществляющей технический надзор за ними. Республиканская инспекция по контролю за безопасной эксплуатацией аттракционов и охране труда была расформирована еще в 2002 году, и с тех самых пор развлекательная техника осталась без надзора.
Однако, по убеждению президента РАППА Владимира Гнездилова, меры, принятые инспекцией Мосгостехнадзора непосредственно перед началом нового сезона работы аттракционов, “не только не исчерпывающие, но заведомо недостаточные, ведь на практике Мосгостехнадзор не сможет запретить эксплуатацию отработавших свой ресурс аттракционов. Достаточные меры могут быть прописаны только в технических регламентах”.
А таких регламентов на настоящий момент нет. Проект федерального закона “О безопасности устройств для развлечения” сейчас находится на рассмотрении в Госдуме. Процедура его изучения думцами продлится еще несколько месяцев, и вопрос о том, когда он будет принят в форме закона и будет ли утвержден вообще, пока остается открытым.
Кроме того, очень сложно контролировать работу передвижных аттракционов: переезжающих с места на место луна-парков или других развлечений, размещающихся прямо на городских улицах. Разрешения на их работу выдаются городскими администрациями, а согласование с технадзором требуются по законодательству позже.
Словом, без единой системы сертификации аттракционов и большего контроля со стороны властей не обойтись.
Аттракционы детства, или Мечты сбываются!
А для детей была такая старомодная неторопливо вращающаяся каруселька, где можно было прокатиться на лощадке, олене, слоне, жирафе.
Прокатился когда-то и я. А вот на том самолетике так и не покрутилсяя, когда вырос этот аттракцион был почему всегда закрыт, а потом его наконец и вовсе демонтировали, да и я уехал в другой город, и совсем другие цели и желания меня захватили.
Для начала – на карусельке нужно покататься.
Но время идет вперед, и карусели становятся все выше и все быстрее! И некоторые становятся уже экстремальными аттракционами. Вот например такая карусель “Седьмое небо”.
Высота полета 63 метра – можно и оробеть. Но только не подростки!
Эти почему-то совершенно не испытывают страха (но может и не все такие). А мне и сидения и их конструкция, и цепочки на которых висят сидения, показались несколько хлипкими для такой высоты.
Но тем острее ощущения! Рискнем!
Карусель “Седьмое небо” (на Западе название StarFlyer – звездный полет или StarScreamer – небесные вопли) – аттракцион новый, изобретен только в 2010, но уже есть во многих местах в США и Европе.
В СПб (согласно официальному описанию) высота башни 78 м, скорость вращения 10,4 об/мин, т.е. круг за 6 секунд.
Сначала качели поднимаются вверх и висят вертикально, потом начинают кружиться.
А когда наберут обороты – то вот так, почти горизонтально разлетаются в стороны.
Есть и другой аттракцион – тоже своего рода карусель, только очень быстрая. Называется “Летающая тарелка”.
Тарелка вращается, потом продолжая вращаться начинает наклоняться почти до вертикального положения, и при этом еще и само основание аттракциона медленно поворачивается вокруг оси.
Посчитаем более точно еще раз.
По формуле радиального ускорения a = v*v/r получилось само радиальное ускорение = 29,26 м/сек.кв.
что = ровно 3g (g =9,8).
Значит еще круче, пульсация перегрузки от 2g (3-1) вверху до 4g (3+1) внизу (правда это недолго, только во время наибольшего разгона, когда тарелка становится на ребро как на фото). И еще сама опора вращается, делает один оборот – тоже добавляет эффект.
Первое видео – с сидений, скрипы и трески креплений ясно слышны. А они именно в момент торможения свободного падения, когда вся нагрузка на него ложится, лежишь только на нем. Некоторые еще боятся что плечи вверху выскользнут когда вверх ногами. И всё выпадает даже из карманов – прямо в сеансе передо мной зрел как у кого-то что-то круглое (может медальон) полетело вниз стуча по кабинкам. Поэтому в первом видео и разговор о крестике неснятом (который может слететь).
Вид из сидений
Хоппла. Диво-остров. Спб. (2-09)
http://www.youtube.com/watch?v=4tIlABZdae4
Вид со стороны.
Ksuzen на аттракционе “Хоппла” Диво Остров, Санкт-Петербург. (3-10)
http://www.youtube.com/watch?v=q87ro_B6_iE
А вам захотелось на этих аттракционах прокатиться?
Так прав ли Гете? Не будем торопиться. Подождем, когда сбудутся все остальные мечты. А тогда и узнаем, приносит ли это радость.
Пусть ваши мечты и желания (если они хорошие) сбудутся в следующем году! И не просто сбудутся, а принесут радость!