FAQ: le domande frequenti sul mondo delle montagne russe

• Come funziona un roller coaster?
• Che velocità può raggiungere un roller coaster?
• Cosa sono le forze G?
• Quanto è pericoloso un roller coaster?
• Qual è il rischio che si blocchi un roller coaster?

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Come funziona un roller coaster?

Il funzionamento di una montagna russa, o roller coaster, è incredibilmente semplice: i carrelli dei treni sono ancorati alle rotaie in modo differente a seconda della tipologia (sitting, inverted, flying…), ma l’idea è sempre quella di disporre le ruote in modo tale che il treno non possa in alcun caso sganciarsi dalle rotaie. Quando tutte le condizioni di sicurezza sono verificate il treno può lasciare la stazione ricevendo una spinta, solitamente causata da grosse ruote dette “booster wheels” posizionate sulle rotaie (sottolineiamo fin da ora che le montagne russe NON hanno alcun tipo di motore unito al treno).
Poco dopo la stazione si trova il cosiddetto “lift” o risalita: il treno viene agganciato da una lunga catena (azionata tramite corrente elettrica) che lo porta in quello che è il punto più alto del percorso; di qui il treno viene lasciato scivolare lungo la grande discesa iniziale (first drop) e comincia la corsa.
Come è già stato fatto notare un roller coaster tradizionale è privo di motore; il movimento dei treni è infatti dovuto unicamente all’energia cinetica che il treno acquista in discesa, la quale a sua volta deriva dall’energia potenziale acquisita salendo. Per chi non avesse dimestichezza con i termini della fisica, il concetto non è difficile: immaginiamo di avere una superficie a U, e di posizionare una pallina su uno dei due bordi; se lasciamo cadere la pallina, vediamo che essa rotolerà verso il centro della U con un moto accelerato a causa della forza di gravità; la pallina raggiunge la velocità massima nel punto più basso, e con l’energia cinetica acquisita è teoricamente in grado di affrontare il tratto in risalita, rallentando, fino a raggiungere il bordo opposto (in realtà questo non accade perché le forze d’attrito tendono a frenare il moto, dunque la pallina non riesce a raggiungere la stessa altezza da cui è partita ma si ferma un po’ più in basso). Questo esperimento serve a chiarire il concetto di energia potenziale, ossia quell’energia che viene conferita alla pallina collocandola ad una certa altezza e che può “potenzialmente” trasformarsi in energia cinetica (ossia di movimento) se la si fa rotolare giù; nel punto più basso, l’energia potenziale è nulla mentre quella cinetica è massima.
Lo stesso principio fa muovere i carrelli delle montagne russe: l’energia potenziale è massima quando il treno si trova in cima al lift, e si converte in energia cinetica lungo la discesa iniziale. Quando poi il treno, lungo il percorso, affronta tratti in salita (come ad esempio per entrare in un loop o giro della morte), perde parte della sua energia cinetica che si riconverte in potenziale, e infatti lo vediamo rallentare; se non ci fossero forze d’attrito il treno sarebbe in grado di tornare fino ad un’altezza pari a quella da cui è partito; ma poiché gli attriti sono parecchi (ruote, rotaie, aria…) il treno perde costantemente energia, dunque per sfruttare al massimo la spinta iniziale si tende a porre lungo il percorso le evoluzioni in ordine dalla più alta alla più bassa, in modo tale che ciascuna permetta al treno di affrontarla con una velocità sufficientemente elevata (ma non troppo).
Si capisce dunque che i treni dei roller coaster sono sostanzialmente abbandonati alla forza di gravità e vincolati solo alle rotaie; su queste ultime, e non sui treni stessi, sono posizionati i freni, dunque la corsa può essere fermata solo nei punti in cui le rotaie sono predisposte a farlo (solitamente, oltre che nella stazione, si inserisce un tratto frenante poco prima in modo che i treni possano “accodarsi” nel caso in cui uno tardi a partire, e nei coaster più lunghi si inserisce anche un freno lungo il percorso per motivi di sicurezza). Questo, se da una parte può essere deludente per gli amanti dei motori, dall’altra fa comprendere la vera “essenza” dei roller coaster: veicoli che si muovono solo in virtù della forza di gravità.
Non mancano però le eccezioni: ci sono alcuni roller coaster nei quali la salita iniziale è sostituita da un lungo tratto rettilineo in cui i treni sono accelerati per mezzo di sistemi idraulici o elettromagnetici (Linear Induction Motor); questo sistema, oltre che velocizzare le cose (i lift tradizionali sono infatti di norma molto lenti) è in grado di dare forti emozioni ai passeggeri; ciononostante, gli appassionati continuano in gran parte a preferire la classica catena di risalita, che con la sua lentezza dà tutto il tempo necessario ad accumulare la tensione.

 

Che velocità può raggiungere un roller coaster?

Premettiamo che, almeno nelle montagne russe tradizionali (quelle cioè con la salita iniziale), la velocità dipende essenzialmente dall’altezza da cui parte prima discesa; il concetto è molto intuitivo: più si fa cadere un oggetto dall’alto, più elevata sarà la velocità raggiunta quando giunge a livello del suolo. In sostanza, quindi, più il roller coaster è alto, più è veloce (questo ovviamente non vale per quei coaster che sono accelerati “artificialmente”).
In ogni caso, viste le scariche di adrenalina che sono in grado di dare, spesso si è portati a credere che macchine da urlo come le montagne russe debbano raggiungere velocità stratosferiche, ben al di sopra di quelle che si raggiungono con un normale mezzo di trasporto. Niente di più errato: Top Thrill Dragster uno dei più veloci roller coaster al mondo raggiunge i 192 km/h; una velocità notevole, certo, ma si tratta di un caso estremo. I coaster B&M, universalmente riconosciuti come i migliori in commercio, viaggiano su una media di 100-110 km/h (Katun di Mirabilandia arriva a 104), mentre i prodotti Vekoma più diffusi (gli SLC come Blue Tornado di Gardaland) non superano gli 80 km/h; come si vede, sono tutte velocità che possono essere tranquillamente superate (e senza infrangere il codice stradale!) sulle autostrade.
Ma allora, se non è la velocità, cos’è che ci fa alzare la voce sulle montagne russe? A parte la situazione generale (starsene sospesi a 50 metri di altezza, “precipitare” nel vuoto, essere sballottati su e giù…), ciò che rende un roller coaster un’esperienza fuori dal comune sono le accelerazioni causate dalle cosiddette “forze G”.

 

Cosa sono le forze G?

Quando a bordo di un’automobile affrontiamo una rotatoria, notiamo che c’è come una forza che ci spinge verso destra (se non siamo in contromano!) e siamo costretti a rallentare per poter mantenere il controllo del veicolo; tale forza, detta forza centrifuga appunto perché è diretta radialmente dal centro della rotonda verso l’esterno, è in realtà un parametro fittizio che la fisica ha introdotto per spiegare lo svilupparsi di un’analoga accelerazione centrifuga (sappiamo che un’accelerazione è sempre l’effetto di una forza applicata ad un oggetto). L’accelerazione centrifuga è tanto più elevata quanto più la curva è stretta e quanto più andiamo veloci. C’è poi una forza uguale e contraria rispetto alla centrifuga, detta centripeta (appunto perché è diretta verso il centro), la quale trattiene il veicolo sulla sua traiettoria circolare impedendogli di partire in linea retta.

A bordo di un roller coaster il fenomeno è analogo, ma poiché i treni sono vincolati alle rotaie e non c’è il rischio che perdano il controllo (sono infatti le rotaie a causare le forze centripete) ci si può permettere di affrontare curve strette a velocità molto più elevate rispetto a quanto si possa fare con un’automobile, con un conseguente sviluppo di notevoli forze centrifughe (denominate “forze G”); non solo, ma le montagne russe eseguono curve, oltre che in orizzontale, anche in verticale: in un loop (giro della morte), ad esempio, il centro della nostra ipotetica rotonda corrisponde al centro del loop stesso e la forza centrifuga spinge i passeggeri non lateralmente ma contro i loro sedili. Ci sono anche casi in cui le forze G sono in parte laterali e in parte verticali, come ad esempio negli avvitamenti. Poiché queste forze comprimono letteralmente i corpi dei passeggeri e, se eccessive, possono risultare fastidiose o addirittura dannose, è essenziale che i costruttori di coaster le calcolino in fase di progettazione; per controllarle possono o regolare in base alla velocità i diametri delle curve e delle evoluzioni, oppure inclinare i binari in certi tratti per distribuirle meglio, come nel caso delle eliche (le “rotatorie” dei roller coaster): se in un’elica si sviluppano eccessive forze G laterali, se ne possono inclinare i binari verso l’interno (verso l’esterno nel caso degli inverted) facendo in modo che tali forze abbiano anche una componente verticale.

Ora, da dove deriva la denominazione “forze G”? La risposta è molto semplice: il G è il valore dell’accelerazione di gravità terrestre (9,8 m/s²), la quale determina, in base alla nostra massa, il nostro peso (che è in effetti la forza che esercitiamo sul suolo). Ebbene, se si utilizza il G come unità di misura per le accelerazioni centrifughe verticali è possibile determinare il nostro “peso apparente” sui sedili del coaster. In altre parole, subire un’accelerazione verticale di 2, 3, 4 G equivale a pesare 2, 3, 4 volte il nostro peso normale. Il G viene utilizzato come unità anche per le forze laterali, ma in questo caso è meno significativo perché è raro che esercitiamo il nostro peso lateralmente (accade se siamo sdraiati su un fianco).
Quelle sopraccitate sono le forze G verticali “positive” (che spingono verso il sedile), ma ve ne sono anche di “negative” quando il centro della curva, invece di essere sopra la nostra testa (come in un loop) è sotto i nostri piedi. È quello che accade sulle hills, le “colline” tipiche dei wooden e dei giga coaster: in questo caso le forze G ci fanno sollevare dal sedile dando l’impressione di essere attirati verso l’alto; una situazione molto intensa, che gli appassionati chiamano “airtime”.

Un’ultima curiosità: risulterà ora chiaro a tutti perché i loop non vengono costruiti perfettamente circolari ma allungati verso l’alto. Infatti, poiché il treno entra nel giro della morte ad una velocità sostenuta, per limitare le forze G positive è necessario ampliare adeguatamente il raggio del giro; ma quando il treno affronta il primo quarto di giro, salendo perde velocità (v. il discorso energia potenziale - energia cinetica) e per mantenere le forze G costanti bisogna ridurre il raggio della parte alta del loop; nel tratto in discesa invece la velocità aumenta, dunque il discorso è inverso e la forma della seconda metà del loop è simmetrica alla prima. Costruire un loop circolare è sconveniente, perché se il diametro è troppo ridotto i G positivi sono troppo elevati, mentre se è troppo ampio il treno rallenta eccessivamente nella parte alta.

 

Quanto è pericoloso un roller coaster?

Nella storia dei roller coaster sono capitati differenti incidenti. Alcuni gravi altri meno gravi. In verità sono ben pochi gli incidenti gravi su un rollercoaster. E sono via via sempre più radi. Possono capitare incidenti prettamente meccanici che nemmeno coinvolgono i passeggeri.  Per le occasioni in cui purtroppo vengono anche coinvolte le persone a bordo,  le cause si possono individuare principalmente nelle seguenti: malfunzionamento dei freni o dei sistemi di ritenuta, oggetti estranei sulle rotaie, errata condotta da parte dei passeggeri e soprattutto cattiva manutenzione. Le ultime due sono di sicuro le più significative. E' capitato che alcune persone perissero travolte da un treno (addetti e non); ma come è facilmente intuibile in quest'ultimo caso non è tanto la "macchina" ad essere causa dell'incidente, quanto piuttosto una banale distrazione.

Per i problemi meccanici è, comunque, in generale, sufficiente una puntuale manutenzione del parco e controlli quotidiani della struttura, per ridurre il rischio a zero, o quasi (e in questo senso va detto che i parchi europei sono molto più efficienti di quelli americani).

Ma la vera pericolosità dei roller coaster sta nel fatto che essi mettono il corpo umano in condizioni estreme, fuori dall’esperienza comune, le quali possono causare danni anche irreversibili su chi è predisposto; è dunque essenziale leggere scrupolosamente le controindicazioni presenti per legge all’ingresso delle attrazioni (donne in gravidanza, persone operate di recente, persone a rischio di attacchi cardiaci…) ed eventualmente rinunciare al giro. È un pericolo, per le persone che rientrano nei casi controindicati, da non sottovalutare, e vari episodi (anche in Italia) lo hanno dimostrato.

 

Qual è il rischio che si blocchi un roller coaster?

Come abbiamo già avuto modo di evidenziare, le montagne russe non sono altro che carrelli lasciati liberi di correre lungo le rotaie a cui sono vincolati, senza motori né freni interni; pertanto un roller coaster in corsa non può essere fermato neanche in caso di black-out. Se dovesse mancare la corrente (il che è una cosa normale e può capitare in casa come in un parco divertimenti) i freni delle montagne russe vengono automaticamente alimentati da circuiti di emergenza (il cui funzionamento è verificato quotidianamente) affinché il treno in corsa possa comunque essere fermato nel punto prestabilito; diverso è il discorso per la catena di risalita, che con un black-out smette di funzionare. La cosa non è grave: se un treno carico dovesse fermarsi durante la salita e la corrente tarda a ritornare, gli operatori del parco provvederanno a sbloccare manualmente le sicure dei malcapitati passeggeri e a farli scendere dalle apposite scale di servizio (che affiancano sempre la salita, essendo necessarie alle eventuali riparazioni alla catena di traino).
In tutti gli altri punti del percorso (compresi loop ed evoluzioni varie) è pressoché impossibile che il treno si fermi, e un evento del genere può verificarsi solo a causa della sfortunata presenza di qualche oggetto estraneo sulle rotaie di dimensioni tali da bloccare la corsa, oppure a causa di qualche ruota del treno che si incastra; sono comunque eventi rarissimi, e se temete di restare bloccati a testa in giù potete stare tranquilli: si devono verificare parecchie sfortunate coincidenze (come accadde nel 1998 su Demon, a Six Flags Great America).