今年秋季北京环球影城的开放运营,让过山车再次成为人们津津乐道的话题。

如今这些动辄数十米高的庞然大物,在一百多年前刚刚被发明出来时远没有今天这样的气魄,其几百年前的雏形更是简单甚至简陋。然而,在惊险刺激中寻求欢乐却是它不变的主题。

俄国“俄罗斯山”

木质过山车

美国煤矿山过山车

法国“豪华滑梯空中漫步”

早期木质过山车

惊叫行驶中真见“山”

俯冲、急转、翻滚、螺旋,关于过山车的第一个问题是,为什么乘坐过山车能给人们带来快乐?

乘坐过山车的滋味其实并不好受,体验者不是听着海浪享受日光浴,也不是在花海里悠闲徜徉,而是被扔到上百米的高空,再瞬间加速坠落,有时候还会头朝下、身体跟着转速再拧几个圈。但这些瞬息万变、险象环生都有一个前提,几十秒后过山车终将安全着陆,整个过程中乘客的身体不会受到任何损害——除了心理刺激和可能嗓子喊得有点冒烟。

惊心动魄的过山车旅程让人体自动释放出肾上腺素和去甲肾上腺素等激素,同时大脑也工作起来,分泌出有镇静作用的内啡肽和提供快感的多巴胺来给身体打气。在痛苦和快乐之间逆转,是人们有意追求的良性刺激。这些生理和心理机制共同解释了主题乐园火爆的原因,那里有在日常生活中体会不到的刺激和快乐;同时也解释了为什么在游乐园中,过山车早已超越旋转木马和摩天轮,成为全场最受人瞩目的明星。

16世纪的俄国人就已发现冰天雪地里滑行的刺激。如果城市里没有大雪坡,那就动手搭建一个。名为“俄罗斯山”的木质滑行坡道通常搭建在城市广场靠近水源的位置,以木头为材质搭到超过20米的高度,一边是供乘坐者爬坡的木梯,一边是最长30多米、顶端陡峭,越到底部越平缓的斜坡。天寒地冻的俄国冬季,在这样的斜坡上洒些水就能快速形成光滑的冰道;人们登上坡道最高处,再乘坐简易的雪橇顺着冰道滑下,就能享受重力和高速带来的刺激体验。

借由加速度和降低摩擦力获得乐趣的“俄罗斯山”通常被视作过山车的起源。如今看来,这种原始的“过山车”对乘客几乎没有任何安全措施保障,仅在坡道末端堆放一些用于缓冲、减速的沙堆,因而事故频发,但这没能影响它在16至18世纪的俄国风靡。一入冬,全俄罗斯的广场和公共场所都会架起这种“冰山”,连叶卡捷琳娜二世也是“俄罗斯山”的爱好者。她在自己的宫殿花园里耗费人力财力,修建起一座城堡状的豪华型“俄罗斯山”。如果要问是谁把俄国的“过山车”介绍到了欧洲,叶卡捷琳娜二世一定得算其中一位。

受天气限制,诸如法国这样的欧洲国家没有泼水成冰的条件,但法国人爱玩的热情丝毫不受气候阻挡。法国人在坡道上涂蜡,给雪橇加上轮子,这就突破了冰雪季节的限制,一年四季都能享受俯冲而下的快乐。巨型“豪华滑梯空中漫步”——这种1812年建于巴黎的游乐设施,三条有轨坡道相互环抱,滑道上设计凹槽,轮式滑车被固定其上,既限制了运动方向使其更安全,又提升了滑行速度使得过程更刺激。它俨然是现代过山车的雏形,可惜法国设计者并未申请专利,第一台过山车的专利发明于是花落美国发明家、商人拉马库斯·阿德纳·汤普森。汤普森是第一个注册过山车专利技术的人,在他的一生中,一共申请了五十多项过山车相关专利,因此被称为“过山车之父”。但他其实不是美国过山车的最早建造者。早在1827年,宾夕法尼亚州的一段运煤矿车就被突发奇想地改造成早上运送煤矿、下午娱乐游客的项目。运煤车随重力从山坡滑下,骡子把空矿车运上山后,就是乘客们以每小时90千米的速度穿越峡谷、欣赏沿途风光的时刻。几十年后,准确说是1884年,汤普森才在纽约康尼乐园建造了“之”字形轨道的过山车。借由重力,单节小车在起伏的轨道上滑行,游客座椅的方向面向两侧,方便他们欣赏沿途的人造景观——诸如瑞士阿尔卑斯山或意大利运河之类的世界名胜。无论是真实的矿山还是人造的阿尔卑斯山,早期的过山车还真是在“山”里起伏穿梭。

北京环球影城度假区,游客体验“霸天虎”过山车4.5秒极限加速。

翻个“筋斗”

过山车进入“钢铁侠”时代

在观“山”的乘坐过程中,过山车的体验者们逐渐达成一致——风驰电掣的速度感和失重超重的起伏交替远比看山有趣,看不见的物理学定律才是让人为之着迷的地方。

过山车的物理学原理并不复杂,核心是能量守恒、加速度和力。车厢由机械装置缓缓推上最高点,在从最高点滑落的那一秒起,就再也没有任何装置来提供动力,引力势能转化为动能,又从动能转化为引力势能,能量的交替转化带动过山车沿轨道急速驰骋。

上坡、下坡,再转个弯,当代人如果再去乘坐早期的那种木质过山车,或许会觉得平淡。和传统的铁路轨道十分相似,早期过山车的车轮设计在垂直方向上没有任何约束,内侧的轮缘与轨道侧面的接触只有横向限位作用,这就决定了过山车能做的最大动作无非是下了个陡坡,或是转了个急弯。直到1895年,美国科尼岛的海狮公园出现了世界上最早的单轨绕圈过山车,以及1898年,美国康尼乐园第一次出现了双轨绕圈过山车,才算翻开了过山车冒险旅程的新一页。

在空中“翻筋斗”,让乘客在空中上下颠倒的过山车,是我们今天常见的回环式过山车。然而这个夺人眼目的“翻筋斗”过山车,一开始并没有给发明者带来想象中的商业成功。空中翻滚360度,要求运行物体必须保持较高的速度才不会脱轨,但因为轨道结构的限制,彼时的回环尺寸只能设计得很小,由此运行车辆尺寸也得跟着缩小,小到一次只能容纳四个人游玩。这就意味着,或者单人单次的票价极其昂贵,或者营业费用不足以覆盖这种过山车的建造和维护成本。在勉强维持了9年以后,康尼乐园的回环式过山车项目宣布关闭。

耗资巨大、占地庞大、呼啸而过的过山车,看上去像是盘旋在游乐园上空的巨兽,但其实这只巨兽很脆弱,在美国经济大萧条期间尤其如此。20世纪的前50年,美国过山车的命运就像是坐上了过山车一样,大起大落。头十年的黄金时代也是过山车的兴盛时期,两千多台新建的过山车遍布美国各游乐场,但随之而来的大萧条和二战,让这些游乐场在双面夹击之下迎来了一波倒闭潮。各类游戏设施纷纷关闭荒废,过山车项目首当其冲。二战后经济复苏,迅速发展的房地产行业带动土地价格暴涨,频繁的土地交易下,占地面积庞大的过山车又迎来一波拆除风。

直到20世纪50年代,钢结构过山车的出现带动了这项游乐设施的再次繁荣。美国迪士尼乐园率先引入管状钢制轨道的过山车,相比早期木质支撑架、只能依靠人工控制速度的过山车,车辆运行速度和安全都得到了极大的提升。管状钢制轨道上的车轮形状也发生了巨大的改变,从原来火车轮样的钢制轮变成了尼龙或聚氨酯材质,更重要的是还增加了侧向和底部的车轮。三面环绕的车轮像一只灵活的钳子,既可以立体地牢牢抓住轨道,也可以让车辆只沿着轨道方向自由运动,由此乐趣也加倍了——过山车的运动方向更加多维,突破了传统木质轨道仅上下起伏、急转弯、回环的体验,钢铁云霄飞车带来了螺旋、倒置,以及更大更多的回环。过山车变得更快、更高也更长,游客的乘坐方式也花样百出,座椅可以位于轨道的上方、两侧、下方,甚至还有站立式过山车。之后的20年,钢管轨道和钢铁支架技术全面成熟,在全球范围内采用全钢架结构的过山车大行其道,过山车正式进入了“钢铁侠”时代。

但这并不意味着木质过山车被完全淘汰,至今仍有木质过山车被建造和运营。世界上仍有木质过山车的爱好者,他们认为木头轨道支架在乘坐的过程中会产生一定的形变,带来一种无可替代的微妙体验——当然,前提是过山车得足够安全。

三面环绕的过山车轮子

刺激不代表危险

可能比坐飞机更安全

大起大落的形式在当代人的语境里通常有一个比喻,那就是“坐上了过山车”。可以说,过山车已经成为现代社会文化的一部分,那么过山车的安全如何呢?

1972年,英国巴特西公园游乐场的过山车绳索断裂、安全机制失灵,导致6名儿童死亡;2007年,日本大阪万博纪念公园过山车因车轴断裂发生脱轨事故,一名女乘客当场丧生,21名乘客受伤;2019年,墨西哥首都墨西哥城一处游乐园的过山车车厢从弯道处脱轨坠落,两名男子被甩出车外遇难……历史上的一些严重事故听起来让人心惊胆战。

但如今正规游乐场里的过山车,早已不是一百年前游客自行控制速度的“小火车”了。作为游乐场最成熟的大型设施之一,经过一百多年的技术提升和行业规范,过山车的安全性已经得到很大的保障。依据美国消费者产品安全委员会的数据统计,乘坐过山车的死亡率约为十五亿分之一。如果这个数据是真实的,那可以说乘坐过山车比乘坐出租车或者飞机更安全。

今天过山车出现事故的原因主要有维修检测上的疏忽和设施老旧、维护不当,这通常会引发重大机械故障。当然也有另一方面原因可能来自乘客自身,如不遵守安全规定的超龄超重超高乘坐,或是隐瞒相关病史强行乘坐等。更多时候,常见的空中停摆故障其实来自过山车的紧急制动机制。为确保游客人身安全,过山车通常有一套安全预警应急程序,能自动对异常状态进行报警,同时给出停止运行的指令,车体随即在轨道的某一安全区段停车。游客高空滞留过山车的事件多是安全机制运行的一部分。

中国引入的第一个过山车是香港海洋公园的疯狂过山车,于1984年开放。到今天,已有上千台的过山车运营在国内蓬勃兴起的主题公园,成为园内吸睛的“游乐设施之王”。诸如深圳欢乐谷雪域雄鹰的弹射式过山车、上海锦江乐园巅峰一号的巨型悬挂回旋式过山车、常州环球动漫嬉戏谷的“撕裂星空”、北京欢乐谷的“水晶神翼”、成都欢乐谷的蓝月飞车、南昌万达乐园的云霄飞车等,在过山车的世界里都赫赫有名。

和行业一样逐渐成熟的是对于行业的监督和管理,《特种设备安全法》《大型游乐设施安全监察规定》以及《大型游乐设施安全规范》等多部法规,把过山车纳入了特种设备实施监管,从大型游乐设施安全质量、主题公园的使用管理、游客自身乘坐条件等方面予以规范,保证游客的人身安全。

过山车是一项耐人寻味的发明。从乘坐者个体来说,一方面有恐惧感,一方面又获得了愉悦。这体现在过山车的运行中,就要求它既要足够刺激以吸引游客,又要足够安全以保证稳定运行。百年过山车,不断刷新着高度、长度和速度,给人们带来了更多的快乐和更高的安全感。

最早的双轨绕圈过山车

气氛画外音

“咔嗒咔嗒”是惊险倒计时吗?

“咔嗒咔嗒”,伴随着链条齿轮的咬合声,过山车慢慢爬升、越来越高,乘坐者的身体和心脏也跟着悬在了半空。

就像是恐怖电影里渲染气氛的音乐,过山车的链条咔嗒声也像是漫长的铺垫。这个声音从何而来?设计者的初衷真的是为了营造恐惧感吗?

电动机带动链条,链条把轨道上的车身缓缓带到几十米甚至上百米高的最顶端,在抛物线的最高点,过山车将获得最大的势能。然而危险就隐藏在这爬升的过程中。一旦在爬坡过程中发生滑落和倒退,巨大的加速度就会发生可怕的碰撞,因此过山车必须有止逆安全装置。

最早的止逆安全结构的发明来自美国人约翰·米勒,这种装置保证了运行中的过山车只有前进和停止状态,而爬升中令人不安的机械声也来自这个装置结构。

除了设计出过山车的安全止逆装置,约翰·米勒还发明和推广了防止过山车脱离轨道的装置、轨道倾斜技术等一百多项关于过山车的技术专利,是过山车发展历史上一个重量级人物。

搞笑诺贝尔

乘坐过山车有助排出肾结石?

搞笑诺贝尔奖(IgNobel Prizes)的主办方为《科学幽默》杂志,虽然是对诺贝尔奖的幽默模仿,但评委里不乏真正的诺贝尔奖得主。从1991年起,搞笑诺贝尔奖的主办方每年为那些“乍看之下令人发笑,之后发人深省”的研究颁奖。

2018年“搞笑诺贝尔医学奖”的获奖者是一位名叫瓦廷格的泌尿科医生,他研究了乘坐过山车与排出肾结石之间的关系,研究灵感来自他所在的密歇根州立大学骨病医学院的患者——在乘坐奥兰多迪士尼乐园大雷鸣山矿山过山车以后,他的患者成功排出了体内的肾结石。

孤例不足以为证,所以这位医生想出了一套严谨的实验模型。他以透明硅树脂为材质做了一个仿真的肾输尿管人造模型,模型里装上了三枚不同大小的真结石,然后带着它们去坐大雷鸣山矿山过山车了。

瓦廷格医生把模型放进背包,固定在单独的座位上,让这些结石一共坐了二十圈过山车,每次座位的位置,结石的初始和下过山车以后的变动状态都被详细记录。实验最终发现:坐在过山车前面位置,结石排出率达16.67%,而坐在过山车后排位置的话,结石排出率竟然高达63.89%。

不过这项研究只把大雷鸣山矿山过山车作为研究环境,其他过山车的排出效果怎样还不好说。如果真的有结石困扰,当然还是要去正规医疗机构接受及时治疗,并且在平时的生活里多喝水,预防泌尿系统结石形成。

(原标题:过山车 惊心动魄的快乐) 

来源:北京日报

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