Montagne russe, la fisica al servizio del divertimento
Questi sono due progetti che dovrebbero essere realizzati il prossimo anno al “Six Flags Magic Mountain” di Los Angeles.
Il primo è un restyling del già presente impianto dedicato a Superman, il secondo un roller coster unico nel suo genere, che mira ad essere il più innovativo sistema di montagne russe del mondo, dedicato a Green Lantern!
Le prime montagne russe, vengono cotruite nel XVII secolo in Russia, in forma ovviamente molto primitiva. Erano strutture in legno, alte anche 15-20 metri, su cui si scivolava con una slitta, ad una velocità che poteva arrivare anche ai 70 km/h, grazie al piano ghiacciato.
L’idea piacque ad un uomo d’affari francese, che volle importare l’idea nel suo Paese.
Ovviamente, le temperature erano diverse e bisognava fare i conti con la forza d’attrito (che il ghiaccio limitava particolarmente bene).. le slitte vennero prima incerate poi montate su ruote. È nel 1817 che compare la prima attrazione ufficiale “Le Montagne Russe di Belleville”.
Nel 1820, a Parigi si potevano già contare una decina di montagne russe in legno: i Wooden Coasters.
Con il diffondersi delle strutture, sopratutto oltre oceano, inizia anche la loro evoluzione che ne permette un continuo miglioramento tecnico e un aumento delle sensazioni percepite dalle persone a bordo.
Tra il 1800 e il 1900, John Miller fu il pioniere di questa evoluzione contribuendo con le sue idee geniali a migliorare le prime montagne russe in legno fino a renderle simili a quelle che possiamo ancora oggi trovare in alcuni parchi.
Nel 1912, brevettò un tipo di ottovolante rivoluzionario, che rese possibili notevoli miglioramenti nella sicurezza, maggiori pendenze, maggiori velocità e minor resistenza aerodinamica.
Miller depositò più di 100 brevetti… Tuttavia, proprio durante la fase di maggior diffusione di questo tipo di attrazioni, la crisi americana del 1929 si fece duramente sentire. Vennero demoliti più di 1500 ottovolanti e, si stima, altrettanti in Europa.
Ma nel 1955 la Matterhorn Mountain presenta una nuova rivoluzionaria caratteristica: la rotaia in acciaio a forma tubolare.
Con questo tipo di binario, le ruote possono correre sopra, sotto e lateralmente alla rotaia, garantendo una elevatissima stabilità del convoglio.
Con maggiore sicurezza per gli ospiti, viene da sé, il treno poteva ora affrontare qualsiasi tipo di percorso e qualsiasi evoluzione, rendendo così possibile le diverse tipologie di montagne russe.
Il meccanismo di funzionamento è abbastanza è semplice: i carrelli dei treni sono ancorati alle rotaie (in modo differente a seconda della tipologia) in modo tale che il treno non possa in alcun caso sganciarsi.
Il treno lascia la stazione spinto da grosse ruote dette “booster wheels” posizionate sul percorso, e raggiunge con questa spinta la “risalita” sul quale viene agganciato da una lunga catena (azionata tramite corrente elettrica) che lo porta in quello che è il punto più alto del percorso; di qui il treno viene lasciato scivolare lungo la grande discesa iniziale (First Drop) e cosi comincia la sua corsa.
Un Roller Coaster tradizionale è privo di motore; il movimento dei treni è infatti dovuto unicamente all’energia cinetica che il treno acquista in discesa, la quale a sua volta deriva dall’energia potenziale acquisita salendo. Quest’ultima è massima quando il treno si trova in cima alla prima salita, e si converte in energia cinetica lungo la discesa iniziale.
Quando poi il treno, lungo il percorso, affronta tratti in salita (come ad esempio per entrare in un Loop o giro della morte), perde parte della sua energia cinetica che si riconverte in potenziale, e infatti lo vediamo rallentare.
Se non ci fossero forze d’attrito il treno sarebbe in grado di tornare fino ad un’altezza pari a quella da cui è partito, ma poiché gli attriti sono parecchi (ruote, rotaie, aria) esso perde costantemente energia, dunque per sfruttare al massimo la spinta iniziale si tende a porre lungo il percorso le evoluzioni in ordine dalla più alta alla più bassa, in modo tale che ciascuna permetta al treno di affrontarla con una velocità sufficientemente elevata.
I treni delle montagne russe, quindi, sono abbandonati alla forza di gravità e vincolati solo alle rotaie; su queste ultime, e non sui treni stessi, sono posizionati i freni e la corsa può essere fermata solo nei punti in cui le rotaie sono predisposte a farlo.
Di solito i freni si trovano, oltre che nella stazione, anche poco prima si essa in modo che i treni possano “accodarsi” nel caso in cui uno tardi a partire; mentre negli impianti più lunnghi si inserisce anche uno o più stazioni di controllo lungo il percorso per motivi di sicurezza.
Queste stazioni intermedie sono in grado di bloccare il treno nel caso si siano verificati dei problemi tecnici e sono gestite, come tutto il percorso e i treni stessi, da un sistema elettronico che tiene costantemente il tutto sotto controllo e può, se fosse necessario, accelerare o rallentare la corsa dei treni in modo che tutto sia sempre sincronizzato.
Questo è ciò che avviene in un sistema di montagne russe classico, ovviamente le varianti sono molte… ci sono, ad esempio, alcuni roller coaster nei quali la salita iniziale è sostituita da un lungo tratto rettilineo in cui i treni sono accelerati velocemente in pochi secondi per mezzo di sistemi idraulici o elettromagnetici (Linear Induction Motor).
Oltre agli studi di progettazione riguardanti la sicurezza/stabilità/tipologia dell’impianto, ci sono tecnici che si occupano di studiare le reazioni umane a questo tipo di sollecitazioni.
La principale forza con cui devono fare i conti è la forza di gravità: che penso tutti, conosciamo come G.
La forza di gravità, in questo campo, è la costante con la quale si misurano i cambiamenti di velocità o di direzione. Più veloce è la curva o repentino il cambio di direzione più G avvertiremo. Poniamo G, relazionato al nostro peso, come la normale forza di gravità che sperimentiamo tutti i giorni. Due G sarebbero il doppio del nostro peso. 3G il triplo e cosi via…. Ma fino a dove ci si può spingere? Tutto dipende dalla forza G che il corpo umano può sopportare. I piloti dei caccia militari spesso si trovano a dover affrontare forze di 8-9 G, ma loro devono affrontare una buona preparazione prima di poter pilotare aerei di questo genere.
Le montagne russe invece sono progettate per la gente comune e quindi anche in quelle più estreme non si superano mai i 5G per ragioni di sicurezza.
Qualche numero:
Record mondiali
* Montagne russe più veloci: Ring Racer, 217km/h, Germania.
* Montagne russe più alte: Kingda Ka, 139 metri, New Jersey. [spoiler]
* Montagne russe con discesa più lunga: Kingda Ka, 127 metri, New Jersey.
* Montagne russe più lunghe: Steel Dragon 2000, 2479 metri, Giappone.
Record europei
* Montagne russe più veloci: Ring Racer, 217 km/h, Germania.
* Montagne russe più alte: Silver Star, 73 metri, Germania.
* Montagne russe con discesa più lunga: Silver Star, 63 metri, Germania.
* Montagne russe più lunghe: Ultimate, 2268 metri, Regno Unito.
Record italiani
* Montagne russe più veloci: iSpeed, 120 km/h, Mirabilandia.
* Montagne russe più alte: iSpeed, 55 metri, Mirabilandia.
* Montagne russe con discesa più lunga: iSpeed, 55 metri, Mirabilandia.
* Montagne russe più lunghe: Katun, 1200 metri, Mirabilandia.
Nel mondo ci sono moltissime ditte che si occupano di progettare e costruire montagne russe (dette ditte Coasters), per la maggior parte trattano modelli trasportabili da luna park o comunque di piccole dimensioni.
Ma quando il cliente è un grande parco divertimenti a tema le ditte che si contendono il mercato mondiale sono sostanzialmente tre: B&M (Bolliger & Mabillard), Vekoma e Intamin; tutte con sede in Europa.