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:

• горки;
• карусели;
• башни;
• тарзанки;
• маятники;
• составные (маятник + вращение).

Наше состояние на аттракционах сравнимо с тем, как чувствуют себя космонавты. Разница лишь во времени – в парке развлечений мы подвешены лишь доли секунды. При перегрузках тело человека утяжеляется, и любое движение дается с трудом. Советский изобретатель Константин Циолковский ввел для таких случаев термины "относительная тяжесть" или "кажущаяся тяжесть".

Ускорение свободного падения в физике обозначается буквой g. Журнал Spine приводит несколько примеров уровня перегрузок, которым мы подвергаемся на каждом шагу в повседневной жизни:

• чихаем – 2,9 g;
• кашляем – 3,5 g;
• гуляем по парку – 4 g;
• прыгаем по ступенькам – 8,1 g;
• плюхаемся на стул – 10,4 g.

Для сравнения: во время катания на башне перегрузка составляет 2,444 g. Если наше тело перегружается до 14 – 15 g, кровь становится тяжелее ртути и сердцу становится трудно проталкивать ее по сосудам. Кровь отвечает, в частности, за снабжение наших органов кислородом. Если она движется медленно, начинается гипоксия, и это вызывает головокружение. Когда мозг обескровлен, человек может потерять сознание. Мало того, во время катания начинают смещаться внутренние органы. Благодаря полостям, заботливо оставленным природой, им есть куда двигаться.

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

. Наибольшие перегрузки, зафиксированные на этой установке, равны 3,402 g. Чем резче меняется направление езды, тем сильнее становится нагрузка. Когда поезд едет быстрее, он поворачивает по большему радиусу, чтобы перегрузки были такими же, как и на меньшей скорости при меньшем радиусе.

"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.

На крутильных каруселях, маятниковых и составных конструкциях действует центробежная сила. Перегрузка идет по линии "грудь – спина" и вдавливает нас в кресло. Она равна 2,849 g, где g = 9,22 м/с

.

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"