Por que os loops das montanhas-russas não são exatamente circulares?

Se você é fã dos típicos parques de diversões com montanhas-russas radicais, provavelmente já percebeu que os loops que esses brinquedos possuem não exatamente redondos, já que em alguns casos têm um formato mais oval. Eles parecem mais gotas invertidas do que círculos propriamente ditos. Para entender por que eles possuem esse formato, é necessário resgatar um pouco do conhecimento de física do ensino médio.

Em primeiro lugar é necessário entender como os loops funcionam. Como que os carrinhos simplesmente não caem quando os trilhos invertem? Isso não ocorre graças à força centrífuga, que age nos carrinhos e os puxa constantemente para os próprios trilhos, principalmente por que eles estão em alta velocidade – resultados semelhantes não seriam obtidos se os carrinhos andassem de modo lento.

A menor velocidade que os carrinhos de uma montanha-russa conseguem correr depende exclusivamente da força centrífuga criada pela gravidade. De qualquer modo, é bastante improvável que os carros caiam dos loops, já que eles estão permanentemente fixos aos trilhos – e você também estará com o equipamento de segurança, então eles ficariam estagnados com todos os passageiros presos. Sabendo disso, vamos voltar ao ponto central da discussão: por que os loops não são 100% circulares? Vamos explicar de modo simplificado.

 

 Os carrinhos das montanhas-russas normalmente não são veículos que podem se locomover independentemente. No início das atrações, eles são empurrados automaticamente em direções íngremes e depois fazem uso da energia gravitacional para se locomoverem pelos trilhos até o final. Se os loops fossem compostos por arcos circulares perfeitos, os carrinhos precisariam iniciar o começo deles com energia cinética suficiente para subir os obstáculos. Porém, mesmo assim, a velocidade não seria segura o bastante para as pessoas, de modo que eles só andariam sobre os trilhos.

No topo do loop, podemos dizer aceleração centrípeta é fornecida pela gravidade. Quando estiverem lá, as pessoas se sentirão mais leves. Quando o carrinho atingir a posição das 9 horas, adições naturais de força e de impulso ocorrerão devido à gravidade, fazendo com que os carrinhos desçam. Toda essa quantidade de força pode ser bastante impactante para qualquer um, ocasionando tonturas, vômitos ou desmaios – o que não é o objetivo das corridas (apesar de isso acontecer ocasionalmente) e que pode ser sentido de modo mais forte se os loops foram 100% circulares.

 

 Para minimizar esses efeitos (e tentar deixá-los inexistentes), os loops são levemente esticados como se fossem gotas invertidas, para evitar o impacto de quando os carrinhos descem (e fazer um uso melhor da força centrífuga) e facilitar o impulso de quando sobem. Quando os carros sobem, eles perdem velocidade, pois trocam o tipo de fonte de energia – e esse fato é utilizado de modo vantajoso nas montanhas-russas.

 

 Ao alterar o raio de curvatura dos trilhos e a altura, a aceleração é mantida durante o percurso do trem e isso faz com que o impacto seja menos agressivo nos passageiros. Para termos noção, em 1895 foi construída uma montanha-russa com o arco 100% circular nos Estados Unidos, em Cony Island, fazendo as pessoas atingirem 12 G (doze vezes a força da gravidade). Rapidamente as pessoas pararam de ir à atração, já que a força induzida no momento de descer o loop era tão forte que a perda de consciência e os enjoos eram comuns em quase todos os passageiros.

 
Via Mega Curioso.