Mais leve que o ar

Nas seções anteriores, analisamos as forças e o maquinário que impulsionam os carros da montanha-russa nos percursos elaborados. Ao percorrer as colinas, vales e voltas de uma pista, as forças que atuam sobre você parecem mudar constantemente, puxando-o em todas as direções. Mas por que esse movimento contínuo é tão agradável para uns, e para outros tão nauseante?

Para entender as sensações provocadas por uma montanha-russa, vamos observar as forças básicas que atuam sobre o corpo humano. Onde quer que você esteja aqui na Terra, a gravidade estará puxando você em direção ao chão. Mas a força que você percebe de verdade não é a força que o puxa para baixo, mas a pressão ascendente do chão debaixo dos seus pés. O chão é que o impede de seguir para baixo, em direção ao centro do planeta. Ele empurra seus pés, que empurram os ossos nas suas pernas, que empurram sua caixa torácica e assim por diante. Isso é que dá a sensação de peso. Em todo ponto da viagem na montanha-russa, a gravidade está puxando você diretamente para baixo.
A outra força atuando sobre você é a aceleração. Quando você está dentro de um carro na montanha-russa correndo a uma velocidade constante, sente apenas a força descendente da gravidade. Mas à medida que o carro acelera ou desacelera, você se sente pressionado contra o assento ou contra a barra de segurança.
Você sente esta força porque a inércia atua sobre você independentemente do carro. A Primeira Lei de Newton diz que um objeto em movimento tende a permanecer em movimento. Ou seja, seu corpo continuará seguindo na mesma velocidade, na mesma direção, salvo que outra força passe a atuar sobre você. Quando o vagão acelera, o assento o empurra para frente, acelerando o seu movimento. Quando ele desacelera, seu corpo naturalmente tenta manter a velocidade original. A barra de segurança acelera seu corpo para trás, diminuindo sua velocidade.
Seu corpo sente a aceleração de uma maneira engraçada. Quando o vagão está acelerando, a verdadeira força atuando sobre você é o assento que o puxa para a frente. Mas, por causa da inércia do seu corpo, você sente a força na sua frente, empurrando-o contra o assento. Você sempre sentirá a pressão da aceleração vindo na direção oposta à força que realmente o está acelerando.
Esta força (que para simplificar chamaremos de força de aceleração) lhe dá a mesma sensação que a força da gravidade que o atrai para o chão. De fato, as forças de aceleração são medidas em forças g, onde 1 g é igual à força de aceleração da gravidade próxima da superfície da Terra (9,8 m/s2).
A montanha-russa tira vantagem desta similaridade. Ela está mudando constantemente sua aceleração e sua posição em relação ao chão, fazendo as forças da gravidade e aceleração interagirem de muitas formas interessantes. Se você pudesse usar uma balança durante um passeio na montanha-russa, veria que seu "peso" mudaria a cada ponto da pista.
No topo de uma colina de uma montanha-russa convencional, a inércia pode carregá-lo para cima, ao mesmo tempo em que o vagão já iniciou sua descida. Largue a barra de segurança por um momento e você irá realmente elevar-se da cadeira por um instante. Os amantes de montanhas-russas referem-se a este momento de queda livre como "air time".

O equilíbrio entre aceleração e gravidade é a emoção que faz disparar o coração em uma montanha-russa. Seu peso aparente está constantemente mudando de intensidade e direção.
Nesse ambiente, a sensação corporal é complementada por todos os tipos de alterações visuais: curvas de cabeça para baixo, alturas estonteantes e estruturas passando. Estes elementos visuais são uma importante parte da experiência porque lhe dizem que você está indo rápido. O seu corpo não pode sentir a velocidade de maneira alguma; pode apenas sentir as alterações na velocidade, ou seja, a aceleração.
A única razão pela qual você sabe que está se movendo rapidamente na montanha-russa é que a estrutura está zunindo por você à toda velocidade e o ar está batendo em seu rosto. Os projetistas certificam-se de criar uma infinidade de espaços apertados e a impressão de quase errar a curva para fazê-lo sentir que está percorrendo vertiginosamente a estrutura a uma velocidade fora de controle.
Um dos componentes mais emocionantes nas montanhas-russas modernas é o giro de 360 graus, ou "loop". Estas estruturas viram o mundo todo de cabeça para baixo por alguns segundos. Enquanto você está virando, a inércia sobre você não apenas produz uma excitante força de aceleração, mas também o mantém na cadeira enquanto está de ponta-cabeça.
Um giro de 360º é um tipo de centrífuga, justamente como um carrossel. Em um carrossel, uma plataforma giratória o empurra em linha reta para fora. A barra de contenção na borda do carrossel impede que isto aconteça; ela está constantemente acelerando-o em direção ao centro da plataforma.

Um "loop" vertical em forma de gota na Canyon Blaster no Adventure Dome em Las Vegas, Nevada

O "loop" de uma montanha-russa atua exatamente da mesma maneira que um carrossel. Ao aproximar-se da volta, sua velocidade inercial está bem à sua frente, em linha reta. Mas a pista evita que os vagões, e portanto seu corpo, sigam nessa direção. A força da sua aceleração o separa do chão do vagão e a inércia o empurra contra ele. Sua própria inércia cria um tipo de falsa gravidade que o mantém preso ao fundo do vagão, mesmo quando você está de cabeça para baixo. Você precisa usar um cinto de segurança para sua proteção, mas na maioria dos giros de 360º você permanece dentro do carro com ou sem o cinto.
Quando você percorre a volta, a força total agindo no seu corpo está mudando constantemente. Na base, a força da aceleração o empurra para baixo na mesma direção da gravidade. Uma vez que ambas as forças o empurram na mesma direção, você se sente especialmente pesado nesse ponto. À medida que você sobe, a gravidade está puxando você contra a cadeira, enquanto a força da aceleração está empurrando você em direção ao chão. Você sente a gravidade puxando-o contra a cadeira, mas (se os seus olhos ainda estiverem abertos) poderá ver que a Terra não está mais onde deveria estar.

No ápice do "loop", você está completamente de cabeça para baixo: a gravidade está puxando você para fora de sua cadeira em direção ao solo, mas uma força de aceleração forte o empurra contra a cadeira, em direção ao céu. Uma vez que as duas forças agindo em direções opostas são aproximadamente iguais, você se sente muito leve. Assim como na descida rápida, você se encontra quase sem peso no topo do "loop". À medida que o giro acaba e seu corpo nivela, o peso retorna.

Um giro de 360º na Viper, no Six Flags Magic Mountain em Valencia, Califórnia: a Viper, inaugurada em 1990, teve um custo de construção de US$ 8 milhões

O giro de 360º é fantástico porque concentra muita coisa em uma distância bastante curta. As variações nas forças fazem seu corpo experimentar toda uma gama de sensações em questão de segundos. Enquanto essas forças sacodem todas as partes de seu corpo, seu olhos vêem o mundo inteiro de cabeça para baixo. Para muitos passageiros, este momento no pico de uma volta completa, quando se sentem leves como uma pluma e tudo que podem ver é o céu, é a melhor parte de todo o passeio.
Na volta completa, a intensidade da força de aceleração é determinada por dois fatores: a velocidade do trem e o ângulo da curva. Quando o trem entra na volta, sua energia cinética é máxima, isto é, move-se à velocidade máxima. No topo da volta, a gravidade de certa forma desacelerou o trem, que agora tem mais energia potencial e menos energia cinética, e move-se com velocidade reduzida.
Inicialmente, os projetistas de montanhas-russas criaram "loops" em forma de círculo. Nesta concepção, o ângulo da curva é constante em toda a volta. Para acumular uma força de aceleração forte o suficiente para empurrar o trem na pista até o topo da volta, eles tinham que impulsioná-lo a uma velocidade razoavelmente alta (para que chegasse bem rápido ao topo do "loop"). Mais velocidade significa uma força muito maior sobre o passageiro ao entrar no "loop", o que pode ser desconfortável.
Uma configuração em forma de gota torna bem mais fácil equilibrar estas forças. O "loop" é muito mais acentuado no topo do que ao longo das laterais. Desta maneira, o trem pode passar pela volta com velocidade suficiente para que tenha uma força de aceleração adequada no topo, enquanto o formato de gota cria uma força de aceleração reduzida nas laterais. Isto proporciona a força necessária para manter tudo funcionando, sem aplicar muita força onde poderia ser perigoso.

Fonte : How StuffWorks