Cómo funcionan las montañas rusas

La subida: almacenar energía

Casi todos los viajes empiezan igual: una cadena o un cable sube el tren por la subida, despacio, para que los pasajeros vean lo alto que van a llegar. Lo que pone el motor se almacena como energía potencial: la masa del tren, por la gravedad, por la altura. Es la única energía que recibe una montaña rusa clásica, y el resto del viaje la gasta.

Las montañas rusas lanzadas se saltan la subida. Motores lineales en la vía, o una catapulta hidráulica o neumática, disparan el tren fuera de la estación a toda velocidad en unos segundos, y luego puede subir una colina más alta de lo que permitiría cualquier subida.

La caída: la altura se convierte en velocidad

Al bajar, la energía potencial se convierte en energía cinética (velocidad). Si no se perdiera nada, la velocidad abajo sería v = √(2 g h), la misma para un tren ligero y uno pesado: unos 34 m/s (124 km/h) tras 60 m, y unos 55 m/s (200 km/h) tras los 157 m que puede subir la Megamontaña rusa de Park Baron. Nuestra calculadora de fuerzas G lo calcula para cualquier altura.

A partir de ahí el tren vuelve a cambiar velocidad por altura en cada colina. Nunca puede subir tan alto como la subida inicial, porque siempre se pierde algo por el camino.

Fricción y aire: adónde va la energía

Las ruedas rodando sobre el acero, los rodamientos y, sobre todo, el aire que empuja contra el tren convierten parte de la energía en calor y ruido. La resistencia del aire crece con el cuadrado de la velocidad, así que la parte más rápida del viaje es la que más pierde. Por eso cada colina después de la primera es más baja, y por eso la última parte de un viaje largo suele ser más lenta y con más curvas.

Park Baron modela lo mismo: cada tipo de montaña rusa tiene su propia fricción (la de madera traquetea y es la que más pierde; la Megamontaña rusa, la que menos), además de una resistencia que crece con la velocidad. Si le pides a un tren que suba una colina para la que ya no tiene energía, la prueba se atasca e indica la pieza donde rodó hacia atrás.

Los loopings, y por qué tienen forma de lágrima

En un looping vertical la vía tiene que empujar a los pasajeros por la curva. Arriba, la gravedad ayuda, así que el tren solo necesita la velocidad justa para que los pasajeros sigan en sus asientos. El problema es el círculo perfecto: con la velocidad justa arriba, los pasajeros sentirían unas seis veces su peso abajo. Los primeros loopings circulares de la década de 1890, como el Flip Flap Railway de Coney Island, eran famosos por hacer daño en el cuello.

La solución, usada por primera vez en una montaña rusa moderna en 1976, es un looping con forma de lágrima (una clotoide): la curva es cerrada arriba, donde el tren va lento, y ancha abajo, donde va rápido. La fuerza G se mantiene mucho más uniforme en todo el recorrido.

Lo que sienten los pasajeros: las fuerzas G

Los pasajeros sienten la aceleración como peso. Estar sentado y quieto es 1 g. En una hondonada al final de una caída se ven apretados contra el asiento con varias G; al coronar una colina rápida se sienten más ligeros, y por debajo de 0 g flotan contra la barra de sujeción: el “airtime” que tanto les gusta a los fans de las montañas rusas. Las G de lado a lado (laterales) en las curvas rápidas son las menos cómodas, y por eso la vía real se peralta en las curvas.

Los diseñadores mantienen breves las fuerzas intensas. Normas como la ASTM F2291 permiten más durante una fracción de segundo que durante varios segundos, y menos para las G negativas que para las positivas.

Frenos y bloques: parar con seguridad

Una montaña rusa termina con tramos de frenado: unas aletas del tren pasan entre pastillas de freno o imanes que lo frenan, así que el tren siempre llega a la estación a paso de peatón. Los frenos de bloque dividen el circuito en tramos, y un tren solo puede entrar en un tramo cuando el de delante lo ha dejado libre. Eso es lo que permite a una montaña rusa con mucha gente llevar dos o tres trenes a la vez sin que se encuentren nunca.

Míralo en el editor de Park Baron

En Park Baron construyes una montaña rusa pieza a pieza y la pruebas antes de abrirla. La pestaña Gráficas dibuja la velocidad, la altura y las G verticales y laterales de todo el viaje, segundo a segundo, para que veas adónde va la energía y qué curva aprieta demasiado. Cada problema tiene nombre: un atasco señala la colina, un tramo de bloque el freno que falta.