Calculadora

Calculadora de força G e velocidade de montanha-russa

Escolha a altura de uma queda e o raio de um vale ou de um loop: a calculadora mostra a velocidade lá embaixo e a força G que os passageiros sentem. Comece por qualquer tipo de montanha-russa do Park Baron, ou digite os seus próprios números.

O editor de montanhas-russas do Park Baron com os gráficos de velocidade, altura e força G

Sua montanha-russa

Um tipo de montanha-russa preenche a maior queda dele no Park Baron (o máximo que o jogo deixa ele subir acima do chão) e, para a Montanha-Russa Lançada, a velocidade de lançamento. As contas são de física do mundo real, então a resposta é o que essa queda faria na vida real. O lançamento da Montanha-Russa Lançada chega a 131 km/h no jogo: sem nenhuma perda, o bastante para subir 68 m.

O que os passageiros sentem

Velocidade lá embaixo
34,3 m/s · 124 km/h · 77 mph
No vale
5,0 gPesado: pernas e braços parecem pesar várias vezes mais. Os projetistas de verdade fazem isso durar pouco
Entrando no loop
9,0 gPesado: pernas e braços parecem pesar várias vezes mais. Os projetistas de verdade fazem isso durar pouco
No topo do loop
3,0 g · 87 km/hPressionado contra o assento, como numa curva rápida de carro

Cada tipo de montanha-russa no máximo

As mesmas contas para a altura máxima de cada tipo no Park Baron, sem perdas e com um vale de 30 m lá embaixo.

Tipo de montanha-russaMaior quedaVelocidade lá embaixog no vale
Mega Montanha-Russa157 m200 km/h · 124 mph11,5 g
Queda Livre Reversa151 m196 km/h · 122 mph11,1 g
Montanha-Russa Lançada134 m185 km/h · 115 mph10,0 g
Shuttle Lançado134 m185 km/h · 115 mph10,0 g
Montanha-Russa de Asas106 m164 km/h · 102 mph8,1 g
Bumerangue101 m160 km/h · 99 mph7,7 g
Montanha-Russa Invertida90 m151 km/h · 94 mph7,0 g
Montanha-Russa de Aço com Loops84 m146 km/h · 91 mph6,6 g
Montanha-Russa de Madeira62 m125 km/h · 78 mph5,1 g
Montanha-Russa Bobsled53 m116 km/h · 72 mph4,5 g
Trem da Mina53 m116 km/h · 72 mph4,5 g
Montanha-Russa Giratória53 m116 km/h · 72 mph4,5 g
Rato Maluco45 m107 km/h · 66 mph4,0 g
Montanha-Russa Aquática45 m107 km/h · 66 mph4,0 g
Montanha-Russa Infantil29 m86 km/h · 54 mph3,0 g
Montanha-Russa dos Patinhos29 m86 km/h · 54 mph3,0 g

Por Atualizado

Velocidade a partir da altura

Uma montanha-russa troca altura por velocidade. No topo da subida, o trem tem energia potencial (massa × g × altura); lá embaixo, essa energia virou movimento. Sem nenhuma perda, a velocidade lá embaixo é v = √(2 g h), não importa quanto o trem pese. Uma queda de 60 m dá cerca de 34.3 m/s: 124 km/h ou 77 mph.

Os trens de verdade perdem parte dessa energia com o atrito das rodas e a resistência do ar, então chegam um pouco mais devagar. O campo “energia perdida” desconta uma parte: 10% de perda dá √0.9 da velocidade ideal, cerca de 5% mais devagar.

Força G num vale

No fundo de um vale o trilho se curva para cima e precisa empurrar os passageiros pela curva, além de sustentá-los. O que eles sentem é 1 + v² / (g r) vezes o próprio peso, em que r é o raio da curva. Mais rápido, ou uma curva mais fechada, significa mais g.

É por isso que as montanhas-russas grandes saem das quedas em curvas longas e abertas: a 34 m/s, um raio de 30 m dá cerca de 5 g; um raio de 60 m dá cerca de 3 g.

Força G num loop

Subindo um loop, o trem perde velocidade: subir dois raios custa 4 g r do quadrado da velocidade. No topo, a gravidade já faz parte da curva, então os passageiros sentem v² / (g r) − 1. Com exatamente 0 g eles flutuam; abaixo de 0, a trava precisa segurá-los.

Um círculo perfeito é um loop ruim: rápido o bastante no topo significa g demais lá embaixo. É por isso que os loops modernos são gotas altas (clotoides), fechados em cima e abertos embaixo. Esta calculadora usa um raio só, então mostra o pior caso, o circular.

Quanto é demais?

Os projetistas de atrações seguem normas como a ASTM F2291, a prática de projeto de atrações de diversão. Ela define limites para cada eixo (para cima e para baixo, de um lado para o outro, para frente e para trás), conta a gravidade (um passageiro sentado parado sente 1 g) e permite menos quanto mais uma aceleração dura: um pico de uma fração de segundo pode passar bem do que os passageiros podem sentir por vários segundos.

O g que puxa para cima (negativo) é muito menos tolerado do que ser pressionado contra o assento, e as inversões rápidas entre os dois são ainda mais limitadas. Então um número alto de g aqui só é aceitável se for breve.

No Park Baron

A aba Gráficos do editor de montanhas-russas mostra a velocidade, a altura e as forças G de cada teste, e a janela da atração lista o g máximo positivo, negativo e lateral. O jogo mostra um “g de parque” comprimido, como faziam os jogos clássicos de administrar parque, para que projetos sensatos fiquem entre 1 e 5 g; as notas punem valores extremos (veja as notas de montanha-russa explicadas).

Fontes

  1. OpenStax, College Physics 2e, 6.3 Centripetal Force (em inglês)
  2. OpenStax, College Physics 2e, 7.4 Conservative Forces and Potential Energy (em inglês)
  3. A.-M. Pendrill, “Rollercoaster loop shapes”, Physics Education 40 (2005) 517 (em inglês)
  4. ASTM F2291, Standard Practice for Design of Amusement Rides and Devices (em inglês)