过山车的高度设计研究

马良才

（河北中冶冶金设备制造有限公司,河北 沙河 054100）

过山车的高度设计研究

马良才

（河北中冶冶金设备制造有限公司,河北 沙河 054100）

在游乐场中，过山车十分常见，过山车属于刺激而又惊险的游戏项目。在过山车高速行驶的过程中，已经过山车不断翻滚的过程中，人们会提心吊胆。在过山车整个项目的建设过程中，其设计环节、施工环节、试验环节等都十分重要，尤其是过山车的设计环节。过山车的设计决定了过山车整体工程的质量，更关系到过山车的安全，在过山车项目的设计过程中，过山车的高度设计至关重要，恰当的高度设计不仅能够使人们感受到刺激和惊险，还可以有效保障人们的安全。

过山车；高度设计；高度落差；临界速度；注意事项

1885年1月20日，美国纽约康尼岛上的第一辆全环过山车实施对外开放，自从1885年至今，过山车作为一种刺激的游戏项目，深受年轻人群喜爱。伴随着过山车技术的不断成熟，过山车速度越来越快，其高度越来越高，弯度也越来越大，玩家也因此而感受到了越来越大的刺激。伴随着过山车的高速运行，人们坐在上面，不断尖叫，过山车已经成为了人们减压、放松、发泄的方式。下面笔者就对过山车的高度设计进行分析和探讨。

1 过山车的高度设计

近些年来，越来越多的人们更加青睐过山车游戏，也有越来越多的游戏场所建设过山车，在过山车建设和使用的过程中，必须要有正确的过山车高度。恰到好处的过山车高度不仅可以给人们带来刺激的感觉，更可以保障人们的安全。

将乘坐过山车的人的质量设置为M，过山车启动时初速度设置为V0，在过山车运行过程中，能够达到最高圆轨道半径设置为R，过山车的车厢对于人的压力设置成为FN，而过山车在最高点的速度设置成为V。通过运用牛顿第二定律，我们可以得出，想要保证过山车在经过最高点的时候，不会落下，必须要保证，也就是。假定过山车在运动的过程中机械能够守恒，那么，过山车在最低点时候的速度V′，=VO，这个时候，MV2/R=FN-Mg，由此得出FN=MV2/R+Mg。以上结果均在把过山车看成质点这样的理想情况之下而得出。但是，在实际情况中，过山车拥有一定的长度，可以将过山车质量中心看成长度中心。因此，在过山车运行的过程中，不仅会受到重力以及过山车轨道所提供的弹力，还会受到过山车两侧车厢提供的弹力，所以，过山车在运行过程中，还会产生加速度，加速度沿着切线的方向。在我们的日常生活过程中，我们均知道，过山车在启动的时候，其初速度会达到180km/h，也就是VO=50m/s，将正常人体重视为m=50kg，一个人的背部所能够承受最大的压力大约为3000N，通过一定的计算，我们可以提出，通常情况下，过山车高度在71.4～100m之间。

通过以上计算，启动速度作为180km/h的过山车，为了保证过山车自身以及过山车上乘客的安全，过山车高度的落差要在71.4～100m之间，这个结论和我们日常经验相互符合。并且，通过以上计算，过山车最大高度和过山车速度V密切联系，因此，如果我们想要建造出具有更大落差高度的过山车，就必须要将过山车启动速度提升，以便达到相应的目的。但是，与此同时，还要对过山车轨道材料所具有的承受能力进行充分考虑，还要综合考虑过山车在运动的过程中，所产生的能量损失。

2 乘坐过山车过程中的注意事项

因为过山车需要在轨道上面进行高速运转，在乘客乘坐过山车之前，要将身上容易脱落的物品取下来。在乘客乘坐过山车的时候，必须要将保护装置系好，在国内外的游乐场中，均发生过与之相关的安全事故。保护装置的作用就在于，当过山车在半空里被卡住的时候，保护装置可以提供充足支撑，进而保护人们的安全。此外，保护装置还可以保证在过山车高速转弯的过程中，人体很好地固定在过山车里，有效防止人体被过山车甩出去。乘客在乘坐过山车的过程中，要面向前方，这样能够有效避免损害乘客的耳部。国外便出现过乘客乘坐过山车导致乘客耳部受损的情况，通过调查和证实，乘客在乘坐过山车的过程中，与自己左边同伴说话，导致强风直接灌入到乘客右耳中，由于气压十分强大，导致乘客短暂失聪、耳膜发炎以及耳道肿大。

3 结语

综上所述，过山车作为一项刺激和惊险的游戏，深受年轻人们的喜爱。但是，在过山车运行的过程中，仍然会出现一些问题，这些问题不仅危害了人们的身体健康，更埋下了安全隐患。想要有效避免出现安全事故，必须要对过山车的高度进行合理设计。在设计过山车高度的时候，要结合过山车建设的地区实际情况，结合过山车的长度、最高速度、承重、能量损失和轨道材料情况，遵循物理学原理，设计出恰到好处的过山车高度。

[1]徐慧媛.青少年参与游乐性极限运动的现状调查与研究[J].浙江体育科学,2014,（5）:109-113.

[2]陈海明,陈芳.基于旅游综合体模式的新型主题公园发展研究——以珠海长隆国际海洋度假区为例[J].荆楚学刊,2014,（3）:91-96.

[3]朱建平.浅析大型游乐设备风险评估在安全维护中的作用[J].科技资讯,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

马良才（1958-），男，吉林辽源人，大学专科，助理工程师，主要研究方向：大型游乐设备设计制造安装。