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过山车构造、工作原理?世界过山车十大排名?

作者: 华冕 发布时间: 2019年10月19日 09:25:56

   过山车,是一种机动游乐设施,常见于游乐园和主题乐园中。过山车虽然惊悚恐怖,但是基本上是非常安全的设施,深受很多年轻游客的喜爱。下面小编为大家介绍过山车构造、工作原理?世界过山车十大排名?

   过山车构造

   一个基本的过山车构造中,包含了爬升、滑落、倒转(儿童过山车没有倒转),其轨道的设计不一定是一个完整的回圈,也可以设计为车体在轨道上的运行方式为来回移动。大部分过山车的每个乘坐车厢可容纳2人、4人或6人8人,这些车厢利用勾子相互连结起来,就像火车一样。从最基本的层面来看,过山车不过是一部利用重力和惯性使列车沿蜿蜒的轨道行进的机器。电影《死神来了3》当中宣称过山车的事故率约为1/2.5亿而现实当中,真正的数字可能还更低。根据美国消费者产品安全委员会CPSC)和六旗游乐园(Six Flags)的调查显示,2001 年当中搭乘过山车的死亡率约为1/15亿。这意味着:游客死于驾车前往游乐园途中的机率反而大些。

   在钢铁制过山车中,日本长岛温泉游乐园中的过山车Steel Dragon 2000,全长2479米,是最长的过山车。第二名是位于英国Lightwater Valley中的The Ultimate,全长2268.3米。第三长的Fujiyama位于日本富士急乐园,全长2044.8米。

   过山车工作原理

   过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣的话,那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感,还有助于理解力学定律。实际上,过山车的运动包含了许多物理学原理,人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果,那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子,只要收紧你的腹肌,保护好肠胃就行了。当然,如果你受身体条件和心理承受能力的限制,无法亲身体验过山车带来的种种感受,你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。

   在刚刚开始时,过山车的小列车是依靠弹射器的推力或者链条爬上最高点的,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上,从这时起,带动它沿轨道行驶的唯一的发动机将是重力势能,即由势能转化为动能、又由动能转化为重力势能这样一种不断转化的过程构成的。

   第一种能,即重力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量,它是由于物体和地球的重力相互作用而产生的。对过山车来说,它的势能在处于最高点时达到了最大值,也就是当它爬升到山丘的顶峰时最大。当过山车开始下降时,它的势能就不断地减少(因为高度下降了),但能量不会消失,而是转化成了动能,也就是运动的能量。不过,在能量的转化过程中,由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量,从而损耗了少量的机械能(动能和势能)。这就是为什么在设计中随后的小山丘比开始时的小山丘略矮一点的原因。

   过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上,下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快,这是由于重力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样,乘坐在最后一节车厢的人就能够快速地达到和跨越最高点,从而就会产生一种要被抛离的感觉,因为质量中心正在加速向。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的,否则在到达顶峰附近时,小车厢就可能脱轨飞出去。

   车头部的车厢情况就不同了,它的质量中心在身后,在短时间内,它虽然处在下降的状态,但是它要等待质量中心越过高点被重力推动。

   过山车的竖直立环是一种离心机装置,当列车接近回环时,乘客的惯性速度笔直地指向前方。但车厢一直沿轨道行进,使乘客的身体无法按直线运动。于是重力推着乘客离开车厢的地板,而惯性则将乘客向地板方向挤压。乘客本身的外向惯性产生惯性力,使乘客即使在头朝下时也能牢牢地停留在车厢的底部。当然乘客需要某种安全护具来保证自己的安全,但在大多数大回环中,无论有没有护具,乘客都会停留在车厢中。

   当列车沿着回环移动时,作用在乘客身上的合力在不断地变化。在回环的最底部,因为加速度朝上,所以轨道对游客向上的支撑力要大于重力,此时游客可以感觉到超重的现象,即感觉特别沉重。当一路冲上回环时,重力则把乘客向地板的方向推。所以乘客会感到重力将您向座位方向挤压。

   在回环的顶部,乘客完全倒转了过来,指向地面的重力以及轨道的向下的支持力想把乘客拖出座位,但支持力和重力仅与离心力平衡,即提供运动所需的向心力,此时若是飞车的速度较小,小到所产生的离心力小于重力的话,飞车就会有掉落的危险,所以,在回环顶部的时候要求有一定的速度以保证安全。同时也是由于离心力的存在,抵消了一部分重力,于是乘客会产生失重现象,感觉身体变得极轻。等列车驶出回环,沿水平方向行进,乘客又会回到原来的重力。

   大回环的魅力在于,它在短短的一段轨道中塞进了丰富的元素。在几秒钟内,作用在乘客身上的力不断变化,从而让人体验到各种不同的感觉。当这些力作用于身体的各个部位时,眼睛会看到整个世界都倒了过来。对于许多过山车乘客而言,在回环顶部是整个运行过程中最精彩的一刻,人们会感到身体轻如羽毛,眼中只能看到天空。

   在大回环中,竖直加速度的强度是由两个因素决定的:列车的速度和弯道的角度。当列车进入回环时,它拥有最大的动能,也就是说,它以最快的速度移动。在回环的顶部,重力已经在一定程度上降低了列车的速度,所以列车拥有更多的势能,但动能减少了,也就是说它以较低的速度移动,但速度不能够低于某一个安全行驶的速度。

   过山车的设计师们最早采用的是正圆形回环。在这种设计中,一路上的弯道角度是一个常数。为了在回环顶部产生足够的竖直加速度以压迫列车紧贴轨道,设计师们必须让列车以相当快的速度进入回环(如此可使列车在回环顶部仍能快速行进)。更快的速度意味着乘客在进入回环时会受到更大的作用力,而这可能会让乘客很不舒服。

   水滴形设计使这些力的平衡变得更加容易。回环顶部的弯道角度比回环侧面更急促。这样可以让列车以足够快的速度穿过回环,使之在回环顶部拥有充足的加速力,而且水滴形设计会在侧面产生较小的竖直加速度。这提供了维持过山车一切运行所需的力,而不致将过大的力施加在可能有危险的部位。

   一旦过山车走完了它的行程,制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由制动气缸中气体的压力来控制的。

   世界过山车十大排名

   罗萨方程式Formula Rossa

   (阿联酋阿布扎比法拉利世界乐园)

   最快速度:240km\h

   最高点:50.5m

   2010年11月4日开放的Formula Rossa是目前世界上最快的过山车。尽管它的高度只有52米,但它能在5秒内从0km/h加速到240km\h,并且在加速系统上还借鉴了航空母舰。Intamin公司在超级赛车,京达卡之后,书写了过山车史上的又一个神话。Formula rossa固然很强调它的瞬间加速带来的窒息感受,但它之后的旅程并没有像后两者那样戛然而止。区别于那些只为了破高度纪录的过山车只有一个大坡即结束全程,formula rossa布满了流畅曲线的山坡,这势必给乘客提供了大量的飞行时间,并且在有磁力刹车片铺设的第一山坡上,乘客处于漂浮状态的时间将会增加,这也是很多人梦寐以求的,如此快的速度之下,负值的G力也势必会变大,也就意味着乘客能感受到被向上抛射的强烈感受,尽管从官方放出的乘坐视频上看不出来。总而言之,这座新的破纪录过山车带给我们很耳目一新的感受,绝不是一座有着惊人的开头却草草收场的虎头蛇尾之作。

   京达卡Kingda Ka

   (美国新泽西州六旗大冒险乐园)

   最快速度:206km\h

   最高点:139.5m

   京达卡是目前世界上最高的过山车,是一个等级过山车(Strata Coaster),号称全球过山车之王。过山车瞬间由零加速至时速206km,像火箭般直上。过程中有一次90°扭转,到达139.5m高的顶点后猛地垂直向下俯冲41层楼的高度,还有一次270°的扭动。然后,过山车又进行第二次攀爬,到达40m高,短暂的失重后,通过磁力刹车,全程28s玩完,怕了吗?因为京达卡刺激系数太高,所以只在4至10月份开放。

   超级赛车Top Thrill Dragster

   (美国俄亥俄州杉点乐园)

   最快速度:193km\h

   最高点:128m

   超级赛车曾经是世界第一,直到2005年京达卡的建成。超级赛车也是一个等级过山车。完成完整的一圈有853米。过山车在出发4秒内达到最大速度,在开始攀爬到90°的倾斜弯时,有个逆时针的90度的翻转,然后过山车直接冲到128米的高度,越过制高点从另一边直下,再来个270°的顺时针翻转,然后通过电磁减速装置,使车既快又舒适的停止,仅30秒玩完。

  威吓者305Intimidator 305

  (美国弗吉尼亚州Doswell市Kings Dominion公园)

  最快速度:127.8km\h

  最大落差:92m

  2010年4月2日开放的威吓者305是世界第四高的地球动力过山车,启动以8m\s的速度爬上92m的高坡,紧接着进行85°的下滑,直下90m之后近地面绕行250°之后冲上45m的第二个失重坡,完全失重时间达3s,紧接着继续在近地面进行3次S曲线急行扭转,然后冲上30m的刹车坡略微减速,接着是最后一个S曲线急行扭转,然后电磁刹车会让车缓缓的停下来。

  高飞车

  (日本山梨县富士吉田市富士急乐园)

  最快速度:100km\h

  最高点:43m

  最大下坠角度:121°

  日本富士急行公司的过山车高飞车项目于2011年7月16日在富士急游乐园开业。这一过山车的最大下坠角度为121°,为全球之最,并成功载入吉尼斯世界纪录。耗资高达30亿日元(约合3700万美元)建造的高飞车为现今世界最陡的过山车。该过山车最大倾斜度达到121°,共有7个大盘旋,轨道长度超过1000m,最大高度差达到43m,而它的速度可达到每小时100km,在沿着轨道斜坡俯冲时,可最直接体验全失重状态。

  钻石背纹响尾蛇Diamondback

  (美国俄亥俄州辛辛那提国王岛乐园)

  最快速度:128km\h

  最高点:70m

  首先,爬上一个70m高的陡坡,以每小时128km的速度,74的角度俯冲而下。然后,带领你进入第二个和第三个巨大的山坡,给你绝对充足,精彩绝伦的飞行时间。当这两个山坡的呼啸而过,过山车将进入一个大转弯,乘客也将体验到更多的飞行时间。之后是第四个山峰。过了一个螺旋之后,是B&M标志性的中途刹车。接着的三个小山坡,将飞行时间的盛宴进行到底。末尾处,冲入一个水池,水花会从最后一排的两个翼板喷出,射向后方,不会溅在乘客的身上。

  超人逃亡Superman:The Escape

  (美国六旗魔术山乐园)

  最快速度:160km\h

  最高点:99m

  作为倒后型过山车的超人:逃亡可能是这里面最有幽默感的,左右轨道上的列车同时出发,在最顶点矗立着面向乘坐者的超人。过山车7s内加速到161km\h,直直冲上99m的高度,暂停,6.5s的失重就像超人飞天,再倒后俯冲风驰电掣般地回落。

  钢铁之龙2000Steel Dragon 2000

  (日本长岛温泉公园)

  最快速度:152.9km\h

  轨道长:2479m

  最高点:97m

  钢铁之龙2000是世界上轨道最长的过山车——2479m,也是世界上最高的地球动力过山车(靠重力势能获取速度)。它使用了传统的链式提升,由于梯倾斜度过长,所以有两条链子,一个在底部的一半,一个在最高的一半。链子很长很重,至少有两个过山车的重量。而结实的链子,可以同时安全地运行两辆过山车。爬升到97m的顶部之后,紧接着就是高速的下滑,上升和侧向扭转。由于该过山车位于地震多发地段,支架特地增加了一倍,可在8.5级的地震中屹立不倒。

  千禧力量Millennium Force

  (美国俄亥俄州雪松点公园)

  最快速度:149.7km\h

  最高点:94.4m

  千禧力量保持了10项世界记录,其中一项是耗时最长、圈地最广——2分20秒内走过的轨道,圈起来的话覆盖了5.2万m²。当列车在车站里时,就被升降机的滑块钩住。一旦列车出站,就会在在每小时24km\h的钢缆带动下,以45°的角度爬上距离地面94m的高空。越过最高点之后,滑块与列车脱钩,列车以80°俯冲角急速下滑300英尺(91m),达到每小时150公里的最高速度,在坡底的最高正向垂直加速度可达5G。然后爬上52m,经过122°的大极侧倾弯,然后通过隧道,然后经过55米抛物线形山坡,它提供了完美的完全失重,紧接着它越过泻湖,完成了32m横向360°的右螺旋,紧接着左转,再是一个小的左极侧倾弯和一个失重坡。之后,在泻湖的岛内,列车穿过第二个隧道向左,然后在车站并行一段距离,掠过一个小山丘。最后,列车经过21m高的小极侧倾弯,通过LIM制动器停止。过山车可以说是以飞快的速度从头到尾穿越了雪松点乐园。

  威吓者 Intimidator

  (美国北卡罗来纳州Carowinds乐园)

  最快速度:129km\h

  最大落差:70m

  首先,爬上70m高的最高峰,列车将下行一个64m,俯冲角74°的首次跌落,达到129km\h的速度。第二(54m)和第三个坡(46m)也高过任何Carowinds游乐园里的其他过山车。在1620m的轨道中,威吓者将采用高速曲折陡峭的下降,其中通过扭转式折返和潜水式螺旋。该过山车的乘坐时间将持续超过3min。

  淘气螺旋 Wicked Twister

  (美国俄亥俄州桑达斯基雪松点乐园)

  该游乐园以拥有世界上最多的过山车(共17架)而闻名。对于那些寻求刺激的人来说,这个提供了最高最快双螺旋的游乐园无异于圣地。这个名为淘气的动力过山车能让乘客们体验前进和后退五次加速,在45°的双螺旋高塔曲折前进。U型轨道在空中延伸达215英尺,乘客们能体验到在轨道中悬空,双脚摇摇晃晃地搭下来的刺激感。除了这些刺激感之外,乘客们还能俯瞰游乐园内伊利湖的旖旎风光,并对游乐园中其他的过山车跃跃欲试,例如拥有世界上第二高度以及速度的顶级刺激赛车。

  巨人 Colossus

  (英国索普公园)

  当乘客们翻腾着飞过世界上第一个十环过山车的时候,非要抓好他们的帽子不可:垂直的环形,蟒蛇般的回旋,两个螺旋,五个侧滚翻。当游客们在100英尺的高空中沿2789英尺的轨道凌空翻腾的时候,往往觉得天旋地转。巨人过山车的吸引力如此之大,以至于中国广州长隆欢乐世界完全按照它仿制了十环过山车:喜欢刺激的游客们也可以在这里体验飞腾十周的乐趣。

  X2

  (美国洛杉矶六旗魔术山)

  六旗魔术山显然并不满足于仅仅拥有世界上第一架四维过山车X,于是在2008年对其做了改进,并把这架最新的过山车命名为X2,世界上第一架五维过山车:独一无二的翼状轨道,乘位延伸至轨道之外———如此,3600英尺的钢筋丛林中,乘客们就能身体悬空进行360度的旋转。在20层楼的高度之上,乘客们还能同时体验感官上的效果,如闪电、烟雾、喷射火焰、甚至是从法兰克·辛那屈到暴力四人组重金属独一无二的背景音乐。当乘客们尖叫着以每小时76英里的速度左冲右撞的时候,他们永远不知道在下一秒等待他们的是什么。

  斗龙 Dragons Challenge

  (美国佛罗里达州奥兰多市环球影城冒险岛)

  游客可以选择搭乘火龙或冰龙来体验世界上唯一的翻转对称过山车,他们是斗龙过山车上的两辆不同的过山车。在整个2分25秒的旅程中,每条龙都会经过零重力翻转、蛇形翻转、螺旋翻转以及垂直反转,但行进路线完全相反。这两条龙将会有三次空中战斗:两辆过山车的乘客们将会擦肩而过,相距不超过18英寸,双方触手可及。当然这一切都是经过精心测算设计的,以为乘客们创造出与以往单辆过山车体验完全不同的刺激感。

  魔鬼鱼 Manta

  (美国佛罗里达奥兰多海洋世界)

  最快速度:96km\h

  最大落差:42.4m

  魔鬼鱼将海洋与钢铁的特质结合在一起。乘客坐在魔鬼鱼上(还未转换成面朝大地的姿势之前),他们将会沉浸在一片迷人的水下天地中,并近距离地看到魔鬼鱼和色彩缤纷的海洋生物。他们将会在空中飞行并滑过水面溅起2m高的水花,于接近96km\h的飞行速度,和高达42m的高度,通过四个翻转。

  车厢的设计将给予乘客飞行的感觉,就像从天而降潜入水中。在水天之间穿梭,好像过山车的两翼都会溅起波浪。

  不乘坐Manta的游客也能感受到它的魅力,当他们看到巨大的7英尺的鱼鳍状车头时。这是唯一的,独特的海洋世界海洋的经验。成千上万的鱼类和来自5个不同的物种的超过300条魔鬼鱼,漂浮在落地窗户里面,将会带来新的海洋世界游玩体验。

  


 

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