از سیر تا پیاز ترن هوایی

یکی از جاذبه‌های اصلی پارک سرگرمی آلتون تاورز انگلیس واقع در شهر استافوردشر، ترن هوایی ترسناکی با نام «فراموشی» (Oblivion) است.

 وسایل سرگرمی بسیاری در شهربازی‌های مختلف دنیای دیده می‌شوند که به‌جرئت می‌توان گفت «ترن هوایی» جذاب‌ترین آن‌هاست. این وسیله که نخستین‌بار با نام «کوه‌های روسی» در قرن 18 میلادی معرفی شد، بسیاری از مردم را با هیجان وحشتناک و درعین‌حال جذاب و سرگرم‌کننده آشنا کرد. حالا ترن‌های هوایی بزرگ‌تر، بهتر و حتی ترسناک‌تر شده‌اند و جزو لاینفک شهربازی‌های مدرن هستند.

امروزه مهندسان سعی دارند با راه‌حل‌های خود این لذت را افزایش دهند. این به آن معناست که ترن‌ها می‌توانند روی خطوط آهنی به‌اندازه یک خودروي مخصوص مسابقات درگ ریس سرعت بگیرند و تجربه‌ای فراموش‌نشدنی از نیروی جی را به سرنشینان خود منتقل کنند. نیرویی به‌اندازه خودروهای فرمول یک! البته این وسایل سرگرمی کاملا ایمن هستند و استانداردهای سختگیرانه مهندسی را پشت سر گذاشته‌اند. مردم کیلومترها سفر می‌کنند و بعضا قاره‌ها را می‌پیمایند تا فقط برای چند دقیقه، لذت و هیجان ترن هوایی را تجربه کنند اما چرا؟ باهم نگاهی می‌اندازیم به دلایل و چرایی حرکت ترن‌های هوایی.

بخش‌های مشخص‌شده روی ترن هوایی

1. در باز کن

یکی از مهم‌ترین بخش‌های این وسایل سرگرمی است که ترن با ورود به آن 360 درجه می‌چرخد و به جهت متفاوتی ادامه مسیر می‌دهد.

2. قطع سر با تیغه بالگرد!

طراحان، این قسمت از مسیر را طوری ساخته‌اند تا تصور کنیم سرمان مانند برخورد به تیغه بالگرد قطع می‌شود! البته واقعیت آن است که آن‌ها فاصله ایمنی را رعایت می‌کنند و چنین اتفاق خطرناک و دلخراشی هرگز رخ نخواهد داد. بااین‌حال، القای چنین حسی بخشی از جذابیت ترن‌های هوایی است.

3. لوله‌های گرانش صفر

سرنشینان می‌توانند در ترن‌های هوایی جاذبه صفر را هم تجربه کنند. با بهره‌گیری از لوله‌هایی که نیرویی عکس گرانش زمین وارد می‌کنند، جاذبه تا حد زیادی برای سرنشینان خنثی می‌شود. این لوله‌ها معمولا در زیر پیچ‌وتاب‌های دایره‌ای 360 درجه وجود دارند.

4. بالابرنده

در این نقطه قطار و واگن‌های آن با غلتک بالابرنده ارتفاع می‌گیرد.

5. منطقه ترمز

در این بخش از مسیر، سیستمی برای کاهش سرعت و توقف ترن وجود دارد. این سیستم می‌تواند همان غلتک اشاره‌شده، باله یا این اواخر ترمزهای آهن‌ربایی باشد.

6. قطار

ترن‌های هوایی معمولا از دو یا چند واگن قطار تشکیل می‌شوند که اثر حرکت را به سرنشینان منتقل می‌کنند.

7. حلقه شیرجه

حلقه شیرجه نوعی مسیر چرخشی در ترن‌های هوایی است که ابتدا قطار را به سمت بالا و کناره می‌برد و سپس با یک حلقه نیمه عمودی سرنشینان به سمت زمین می‌روند یا به اصطلاح «شیرجه» می‌زنند.

بالای صفحه 21 پنج حقیقت باورنکردنی از هیجان‌انگیزترین ترن‌های هوایی جهان

1. دنیای فراری، ابوظبی امارات

دنیای فراری که در سال 2010 گشایش یافت، خانه سریع‌ترین ترن هوایی دنیاست. این ترن که «فرمول روسو» نامیده می‌شود، حداکثر سرعتی در حدود 240 کیلومتر بر ساعت دارد و سرنشینان مجبورند برای محافظت از چشمان خود در آن سرعت بالا، از عینک‌های ایمنی استفاده کنند.

2. کینگدا کا، نیوجرسی آمریکا

ترن هوایی «طبقاتی» واقع در نیوجرسی نه‌تنها ارتفاعی به میزان 139 متر دارد بلکه در بخشی از مسیر سرنشینان می‌توانند تجربه سقوط از ارتفاع 127 متری را هم داشته باشند. کینگدا کا پیش از افتتاح فرمول روسو سریع‌ترین ترن هوایی دنیا بود.

3. اژدهای فولادی 2000، ناگاشیما ژاپن

برای بهره‌مندی از بیشترین هیجان، این ترن طولی به میزان 479/2متر دارد که آن را به طولانی‌ترین ترن هوایی جهان تبدیل می‌کند. با ارتفاع 97 متر و هزینه 52 میلیون دلار، اژدهای فولادی در سال 2000 میلادی احداثش به پایان رسید.

4. کولاسس، ثورف پارک، انگلستان

با داشتن تعداد زیادی مسیر حلقه‌ای، در باز کن دوتایی، رول نوار قلب، رول کبرا و رول نوار قلب چهارتایی رکورد بیشترین مسیرهای چرخشی و وارونه را در اختیار دارد.

5. رینگ ریسر، نوربرگرینگ، آلمان

به‌موازات پیست معروف نوربرگرینگ، مسیری برای ترن هوایی وجود دارد که قطارها می‌توانند در عرض 5/2 ثانیه از صفر به 217 کیلومتر بر ساعت دست یابند! به‌جرئت می‌توان گفت که هیچ خودرویی توان رقابت با آن را ندارد.

زیر 5 فکت آیا می‌دانستید؟ لامارکوس آدنا تامپسون را «پدر ترن هوایی» می‌دانند.

بخش راست صفحه 21 ترن هوایی چگونه حرکت می‌کند؟

همان‌طور که احتمالا می‌دانید، ترن هوایی برای حرکت از هیچ موتور یا پیشرانه‌ای استفاده نمی‌کند. به‌جای آن بر طبق اصل پایستگی انرژی، ابتدا با یک نیروی خارجی به بالاترین ارتفاع ممکن می‌رسد و به دلیل اختلاف ارتفاع با دیگر نقاط مسیر، انرژی پتانسیل ذخیره می‌کند. سپس این انرژی پتانسیل با افت‌وخیز قطار، مدام با انرژی جنبشی مبادله می‌شود. انرژی جنبشی ایجادشده در اثر کاهش ارتفاع، قطار را حرکت می‌دهد و با افزایش ارتفاع، دوباره انرژی پتانسیل ذخیره می‌شود. به همین دلیل ترن هوایی می‌تواند بدون حتی یک موتور الکتریکی یا بنزینی، در مسیر بالا و پایین برود و پیچ‌وتاب بخورد.

شیوه‌های بسیاری برای شروع حرکت قطار و رفتن آن به سمت بالا وجود دارد. به‌طور سنتی، یک غلتک بالابرنده وظیفه این کار را بر عهده دارد. پس از رسیدن به بالاترین نقطه دیگر نوبت نیروی گرانش است تا انرژی پتانسیل ذخیره‌شده را به هیجان و سرعت تبدیل کند. در بعضی از ترن‌ها، یک زنجیر به زیر قطار قفل می‌شود تا آن را بکشد. همچنین بعضی دیگر از کابل یا چرخ استفاده می‌کنند. البته نباید «پرتاب منجنیقی» را فراموش کرد که از طریق یک موتور یا کاهش وزن ناگهانی، باعث شتاب سریع قطار می‌شود.

در ترن‌های جدیدتر برای پرتاب و شروع حرکت از چند موتور استفاده می‌شود تا قطار در مسیر مستقیم و با رسیدن به شتاب کافی، حرکت کند. موتورهای القایی خطی که از نیرو الکترومغناطیسی بهره می‌برند، قابلیت کنترل بیشتری دارند. بعضی از ترن‌های هوایی در بخش‌های مختلف مسیر از این موتورها بهره می‌برند تا نیروی ذخیره‌شده حاصل از بالا رفتن خنثی شود. بنابراین دست طراحان برای ایجاد مسیرهای متفاوت باز خواهد بود. امروزه پرتابگرهای هیدرولیکی هم طرفدار زیادی پیدا کرده‌اند.

مهندسان با محاسبات پیچیده اما دقیق، انرژی موردنیاز ترن هوایی را در یک دور اندازه‌گیری می‌کنند تا قطار بتواند مسیرش را به‌طور کامل طی كند. وجود یک مسیر فرار به‌منظور ترمزگیری به دلیل تغییر در وزن مسافران دورهای مختلف، می‌تواند سرعت قطار را کنترل كند. رعایت این نکات ایمنی سبب می‌شود سرنشینان در عین لذت بردن از هیجان ترن هوایی، نگرانی از بابت رخدادی غیرمنتظره را نداشته باشند.

متن داخل عکس پایین صفحه 21 ترن هوایی «اِستلف» ثورپ پارک برای کسانی که مشکل قلبی دارند اصلا مناسب نیست!

پایین صفحه 21 تشریح سازه ترن هوایی

ترن‌های هوایی از عناصر و بخش‌های زیادی تشکیل می‌شوند که هرکدام خصوصیات فیزیکی خاص به خود را دارند. طراحان با بهره‌گیری از ادراک فیزیکی خود دنباله‌ای از هیجان را پدید می‌آورند که شخصیت سواری ترن را می‌سازد. تمامی بخش‌های یک ترن هوایی به هم متصل است و می‌تواند سواری هیجان‌انگیز و فراموش‌نشدنی را به مسافران خود عرضه کند.

مهندسان به‌منظور حفظ ایمنی، با بهره‌گیری از مدل‌های رايانه‌اي می‌توانند مقدار نیرویی که در هر بخش مسیر و پیچ ایجاد می‌شود، اندازه‌گیری و بررسی کنند تا از مرز مشخصی فراتر نروند. اگرچه ظاهر یک ترن هوایی شبیه به مارهایی آهنی می‌ماند که در هم پیچ‌وتاب خورده‌اند اما واقعیت این است که برای حرکت یک قطار در آن، چندین هزار ساعت وقت صرف شده تا به شکلی دقیق کار کند.

بالای صفحه 22 بررسی فیزیک حرکت ترن هوایی

همان‌طور که پیش‌تر گفتیم، ترن‌های هوایی با استفاده از یک نیروی خارجی حرکت خود را آغاز می‌کنند. این غلبه بر بی‌تحرکی، مقاومتی در برابر سرعت را به دنبال دارد که با مقدار وزن قطار تغییر می‌کند. قطاری که وزن بیشتری دارد، مقاومت بیشتری در برابر سرعت گرفتن از خود نشان می‌دهد. با نیرو دادن به قطار در هنگام شتاب‌گیری، واگن‌ها می‌توانند نیروی پتانسیل بیشتری در خود ذخیره کنند. طراحان سعی می‌کنند با روش‌هایی این مقاومت در برابر تحرک را کاهش دهند که ازجمله آن‌ها می‌توان به بهره‌گیری از چرخ‌های کم اصطکاک اشاره کرد.

هدف از شتاب‌گیری، ذخیره انرژی تا رسیدن به تاج ترن هوایی و سپس آزاد کردنش به‌صورت انرژی جنبشی تا صعود بعدی است. به دلیل وجود اصطکاک، شیب‌های بعدی کوتاه‌تر از قبلی خواهد بود تا قطار متوقف نشود. گرانش و جاذبه زمین مهم‌ترین اثر را در حرکت یک ترن هوایی دارد. طراحان سعی می‌کنند با بهره‌گیری از این گرانش و تغییر در مقادیر انرژی جنبشی و پتانسیل، واگن‌ها را به حرکت درآورند و چه‌بسا، تجربه‌ای بی‌مانند از ترن هوایی را برای مسافران ممکن سازند. برای نمونه احساس بی‌وزنی که در بخش دایره‌ای مسیر ایجاد می‌شود، به لطف نیروی گریز از مرکز است که درواقع نیروی گرانش را خنثی می‌کند.

نیروی گریز از مرکز مثل آن است که نیرویی خارج از مرکز چرخش، بر شما وارد می‌شود، درحالی‌که به ریسمان یا طنابی متصل نیستید. در ترن هوایی، این‌طور به نظر می‌رسد که شما به کف قطار فشرده می‌شوید اما واقعیت عکس آن است؛ در حقیقت نیرویی خارجی قطار را به سمت مرکز چرخش هل می‌دهد.

 (وزن)

وزن وسیله اندازه‌گیری نیرویی است که از طریق مرکز زمین به هر چیزی وارد می‌شود. «2 جی» یعنی دو برابر نیروی گرانش زمین به آن جسم وارد می‌شود؛ گویی که وزن آن دو برابر شده است.

 وزن ظاهری

با اعمال شتاب یا نیروی جاذبه دیگری، احساس‌مان نسبت به وزن تغییر می‌کند. درواقع حس می‌کنیم که «سبک‌تر» شده‌ایم؛ چراکه با رسم دیاگرام آزاد درمی‌یابیم نیروهایی در حال خنثی کردن نیروی گرانش زمین هستند.

 نیرو شتاب

شتاب خالص که در حقیقت اختلاف سرعت در زمان است، از طریق فرمول معروف نیوتن یعنی نیرو مساوی با جرم در شتاب (F=ma) به دست می‌آید. بنابراین میزان شتاب به مقدار جرم قطار و نیروهایی که بر آن وارد می‌شود بستگی دارد.

سواری مهیج به لطف «جی»

هدف سواری با ترن هوایی، به دست آوردن تجربه‌ای متفاوت از هیجان است. هیجانی که در هیچ وسیله مشابهی نمی‌توان پیدا کرد. وجود محدودیت‌هایی به‌منظور ایمنی کامل و در نظر گرفتن فیزیولوژی انسان از طرف طراحان، سبب می‌شود هیچ‌وقت نگران اتفاق ناگواری نباشیم. بدن انسان در برابر نیروهای عمودی توانایی تحمل بیشتری دارد. در بسیاری از ترن‌های هوایی و در بخش‌های خاصی از مسیر، سرنشینان به صندلی‌هایشان فشرده می‌شوند. به‌طوری‌که ممکن است این میزان به بیش از 6 جی برسد اما مشکلی برای آن‌ها پیش نمی‌آید.

وارد شدن نیروهای جانبی مهم‌ترین دلیل کج شدن ترن هوایی است. این کج شدن البته کمک می‌کند تا نیرو جانبی تا حد 5/1جی کاهش یابد و از آسیب به گردن سرنشینان جلوگیری كند. البته در مقابل مقادیر بالاتر نیرو جانبی، باید مهندسان جوانب احتیاط را رعایت کنند. بااین‌حال، ترن هوایی تنها وسیله‌ای است که می‌تواند همانند یک خودرو مسابقه‌ای یا شاتل فضایی، چنین نیرو قدرتمندی را به بدن‌مان وارد كند. نیرویی که البته هرگز فراموش نمی‌کنید!

جنون سرعت

ترن هوایی هنگامی‌که از ارتفاع رها می‌شود، سریع‌تر از شتاب جی به سطح زمین می‌رسد. همین مسئله شتاب منفی جی را به شما وارد می‌کند که باعث می‌شود به صندلی قطار فشرده شوید.

نزدیکی به اوج

با رسیدن به قله یا اوج مسیر ترن هوایی، این حس به سرنشینان دست می‌دهد که انگار در هوا هستند؛ چراکه در این بخش، خط آهن مسیر مشخص نیست و به همین دلیل حس ترس عجیبی به سرنشینان وارد می‌شود.

 حلقه

در طول حلقه، نیرو جی مدام تغییر می‌کند و به‌یک‌باره مسیر بالای سر شما ناپدید می‌شود.

 آمار ترن‌های هوایی

سریع‌ترین 240 کیلومتر بر ساعت – بلندترین 139 متر – طولانی‌ترین479/2 متر – بیشترین ارتفاع سقوط 127 متر – بیشترین مسیرهای وارونه 10 – بیشترین زاویه سقوط 97

زیر آمار صفحه 23 آیا می‌دانستید؟ تحمل پایین انسان نسبت به نیروهای افقی باعث شده پیچ‌های موجود در مسیر تا حدی کج و به داخل مایل باشند.

 از ریل خارج نمی‌شود

همان‌طور که اشاره کردیم، قطار ترن هوایی از هیچ‌گونه موتور یا پیشرانه‌ای که به آن متصل باشد، استفاده نمی‌کند. آن‌ها ابتدا با استفاده از یک نیروی خارجی به بالاترین ارتفاع ممکن می‌رسند و سپس با جابه‌جایی مقادیر انرژی بین دو نوع انرژی پتانسیل و جنبشی به حرکت‌شان ادامه می‌دهند. البته امکان دارد که این بالا رفتن از مسیر با بهره‌گیری از موتورهایی باشد که به چرخ‌ها متصل می‌شوند.

به‌صورت کلی، چرخ‌هایی در زیر، کنار ریل و متصل به قطار به‌منظور توقف و باقی ماندن آن در مسیر وجود دارند که جزو ملزومات ایمنی هر ترن هوایی شناخته می‌شود. همچنین چرخ‌هایی بین ریل و بدنه قطار نصب شده‌اند که توزیع بار را انجام می‌دهند. با توجه به افت‌وخیزها، زوایای شدید و سرعت بالای قطار واگن‌ها معمولا با یک اتصال انعطاف‌پذیر و البته ایمن به هم متصل مي‌شوند. ساختار واگن‌ها نیز معمولا از جنس فولادی است که البته در ترن‌های هوایی کلاسیک از نوع چوبی آن استفاده می‌شود.

چرخ‌های کناری

این چرخ‌ها به همراه چرخ‌های زیرین واگن‌ها، اجازه نمی‌دهند تا قطار از خط خارج شود.

 چرخ‌های زبرین

چرخ‌هایی که بین ریل و واگن قرار می‌گیرند تا وزن مسافران را به درستی روی خط آهن توزیع كنند.

بخش قرمز خاکستری سمت راست «ترن‌های هوایی با استفاده از یک نیروی خارجی به بالاترین ارتفاع ممکن می‌رسند و سپس با جابه‌جایی مقادیر انرژی بین دو نوع انرژی پتانسیل و جنبشی به حرکت خود ادامه می‌دهند.»

جذاب است، نه؟

پیچ‌وتاب‌های ترن هوایی ثورپ پارک انگلستان به حدی است که شاید به چیزی بیشتر از نگه‌دارنده بالای شانه نیاز خواهید داشت!

کمربندهایی که جانمان را حفظ می‌کنند!

برای ایمنی سرنشینان دو نوع کمربند وجود دارد؛ نوع اول Lap bar یا میله دامان است که در ترن‌های هوایی قدیمی‌تر استفاده می‌شود. درواقع یک میله بزرگ متصل به کف واگن قطار است. میله‌ای که به سمت پای مسافر خم و در هر دو طرف واگن قفل می‌شود. این قفل شدن در هر دو طرف، به آن معناست که در صورت خرابی یا مشکل یکی از میله‌ها، طرف دیگر همچنان قادر به حفاظت از سرنشینان خواهد بود. اگرچه طرفداران متعصب ترن هوایی، این نوع را دوست دارند اما متاسفانه امنیت بالایی ندارد و احتمال هرگونه آسیبی وجود دارد.

امروزه «نگه‌دارنده بالای شانه» کمربند ایمن‌تری است و بسیاری از ترن‌های هوایی جدیدتر از آن استفاده می‌کنند. این نوع کمربندها، از پدهای حفاظتی U شکل بهره می‌برند که میله‌هایی فلزی در خود دارند. نگه‌دارنده بالای شانه همان‌طور که از اسمش مشخص است، با چرخش از بالا روی شانه‌های سرنشین قرار می‌گیرد و او را محکم در سر جایش قرار می‌دهد. بنابراین در چرخش‌های وارونگی حداکثر ایمنی را فراهم می‌کند. در این نوع از کمربندها، از بند دومی هم گاهی استفاده می‌شود تا پد حفاظتی حتی جلوی کوچک‌ترین حرکت را بگیرد.

سفت بچسبید!

کولاسس تنها ترن هوایی انگلستان است که از مسیر «در باز کن» چهارتایی استفاده می‌کند.