過山車的高度設計研究

馬良才

（河北中冶冶金設備制造有限公司,河北 沙河 054100）

過山車的高度設計研究

馬良才

（河北中冶冶金設備制造有限公司,河北 沙河 054100）

在游樂場中，過山車十分常見，過山車屬于刺激而又驚險的游戲項目。在過山車高速行駛的過程中，已經過山車不斷翻滾的過程中，人們會提心吊膽。在過山車整個項目的建設過程中，其設計環節、施工環節、試驗環節等都十分重要，尤其是過山車的設計環節。過山車的設計決定了過山車整體工程的質量，更關系到過山車的安全，在過山車項目的設計過程中，過山車的高度設計至關重要，恰當的高度設計不僅能夠使人們感受到刺激和驚險，還可以有效保障人們的安全。

過山車；高度設計；高度落差；臨界速度；注意事項

1885年1月20日，美國紐約康尼島上的第一輛全環過山車實施對外開放，自從1885年至今，過山車作為一種刺激的游戲項目，深受年輕人群喜愛。伴隨著過山車技術的不斷成熟，過山車速度越來越快，其高度越來越高，彎度也越來越大，玩家也因此而感受到了越來越大的刺激。伴隨著過山車的高速運行，人們坐在上面，不斷尖叫，過山車已經成為了人們減壓、放松、發泄的方式。下面筆者就對過山車的高度設計進行分析和探討。

1 過山車的高度設計

近些年來，越來越多的人們更加青睞過山車游戲，也有越來越多的游戲場所建設過山車，在過山車建設和使用的過程中，必須要有正確的過山車高度。恰到好處的過山車高度不僅可以給人們帶來刺激的感覺，更可以保障人們的安全。

將乘坐過山車的人的質量設置為M，過山車啟動時初速度設置為V0，在過山車運行過程中，能夠達到最高圓軌道半徑設置為R，過山車的車廂對于人的壓力設置成為FN，而過山車在最高點的速度設置成為V。通過運用牛頓第二定律，我們可以得出，想要保證過山車在經過最高點的時候，不會落下，必須要保證，也就是。假定過山車在運動的過程中機械能夠守恒，那么，過山車在最低點時候的速度V′，=VO，這個時候，MV2/R=FN-Mg，由此得出FN=MV2/R+Mg。以上結果均在把過山車看成質點這樣的理想情況之下而得出。但是，在實際情況中，過山車擁有一定的長度，可以將過山車質量中心看成長度中心。因此，在過山車運行的過程中，不僅會受到重力以及過山車軌道所提供的彈力，還會受到過山車兩側車廂提供的彈力，所以，過山車在運行過程中，還會產生加速度，加速度沿著切線的方向。在我們的日常生活過程中，我們均知道，過山車在啟動的時候，其初速度會達到180km/h，也就是VO=50m/s，將正常人體重視為m=50kg，一個人的背部所能夠承受最大的壓力大約為3000N，通過一定的計算，我們可以提出，通常情況下，過山車高度在71.4～100m之間。

通過以上計算，啟動速度作為180km/h的過山車，為了保證過山車自身以及過山車上乘客的安全，過山車高度的落差要在71.4～100m之間，這個結論和我們日常經驗相互符合。并且，通過以上計算，過山車最大高度和過山車速度V密切聯系，因此，如果我們想要建造出具有更大落差高度的過山車，就必須要將過山車啟動速度提升，以便達到相應的目的。但是，與此同時，還要對過山車軌道材料所具有的承受能力進行充分考慮，還要綜合考慮過山車在運動的過程中，所產生的能量損失。

2 乘坐過山車過程中的注意事項

因為過山車需要在軌道上面進行高速運轉，在乘客乘坐過山車之前，要將身上容易脫落的物品取下來。在乘客乘坐過山車的時候，必須要將保護裝置系好，在國內外的游樂場中，均發生過與之相關的安全事故。保護裝置的作用就在于，當過山車在半空里被卡住的時候，保護裝置可以提供充足支撐，進而保護人們的安全。此外，保護裝置還可以保證在過山車高速轉彎的過程中，人體很好地固定在過山車里，有效防止人體被過山車甩出去。乘客在乘坐過山車的過程中，要面向前方，這樣能夠有效避免損害乘客的耳部。國外便出現過乘客乘坐過山車導致乘客耳部受損的情況，通過調查和證實，乘客在乘坐過山車的過程中，與自己左邊同伴說話，導致強風直接灌入到乘客右耳中，由于氣壓十分強大，導致乘客短暫失聰、耳膜發炎以及耳道腫大。

3 結語

綜上所述，過山車作為一項刺激和驚險的游戲，深受年輕人們的喜愛。但是，在過山車運行的過程中，仍然會出現一些問題，這些問題不僅危害了人們的身體健康，更埋下了安全隱患。想要有效避免出現安全事故，必須要對過山車的高度進行合理設計。在設計過山車高度的時候，要結合過山車建設的地區實際情況，結合過山車的長度、最高速度、承重、能量損失和軌道材料情況，遵循物理學原理，設計出恰到好處的過山車高度。

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[3]朱建平.淺析大型游樂設備風險評估在安全維護中的作用[J].科技資訊,2014,（15）:229-230.

A Research on Design of The Height of the Roller Coaster

MA Liang-cai
(Hebei China Metallurgical Metallurgical Equipment Manufacturing co.,LTD.,Shahe,Hebei 054100,China).

In the playground,the roller coaster is very common,riding a roller coaster is an exciting and thrilling play.During the running of roller coaster and in the process of the continuous rolling of the roller coaster,people will be in fear.During the whole construction process of the roller coaster,the design,construction,trial and other links are very important,especially the link of design.The design of roller coaster determines the quality of overall project of the roller coaster,and more concerns the safety of roller coaster,in the design process of the roller coaster,the design of height of the roller coaster design is vital,the design of the appropriate height can not only make people feel the exciting and thrilling,but also effectively guarantee the safety of the people.

roller coaster;height design;drop height;critical speed;attentions

O313

A

2095-980X（2015）04-0042-01

2015-02-15

馬良才（1958-），男，吉林遼源人，大學專科，助理工程師，主要研究方向：大型游樂設備設計制造安裝。