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过山车为什么这么刺激?真相只有一个!

发布日期:2021-11-16 14:28    点击次数:66

  追求刺激是人类的本能。

  撰文 | 瞿立建

  过山车的历史

  俄罗斯冰滑梯,过山车的前身

  过山车的前身是冰滑梯,这是俄罗斯人早在15世纪就搞出的刺激性活动。冰滑梯用木头搭建的,木制坡道覆盖上冰雪。人沿着木台阶,爬上相当于现在七八层楼的高度来到滑梯顶部,然后坐在雪橇上,沿着50度左右的坡,一滑而下。

  冰爽刺激,飞一般的感觉。

  到了18世纪,俄罗斯把冰滑梯搞得更刺激了。滑梯不再仅仅是一段,而是多段联合滑梯。依山跨河,在满目壮美景观中,从一段滑梯冲下,再冲上下一段滑梯。冰滑梯上白天彩旗招展,晚上火把通明。白天滑不够,晚上接着滑。

  冰滑梯还走入了沙皇的宫廷,王公贵族、达官显贵也不惜千金之体,犯险求刺激。

  俄罗斯的冰滑梯逐渐传入西欧,设计上也有进步。

  “俄罗斯山”,过山车的鼻祖。

  1804年,法国巴黎建了一座滑梯,给雪橇加了轮子,命名为“俄罗斯山”(法语名为“Les Montagnes Russes”)。这座车滑梯被视为现代过山车的鼻祖。

  车滑梯摆脱了自然的束缚,不是冬季也能玩。

  “俄罗斯山”不仅刺激,也更危险,伤害事故层出不穷。吊诡的是,在当时这反而更吸引人来玩。

  1817年,法国人又做了改进,轮子更结实,坡上装上了轨道。巴黎这座名叫 “空中漫步”(法语名称“The Promenades-Aériennes”)的滑梯,被认为是史上第一座现代过山车。

  “空中漫步”(法语名称“The Promenades-Aériennes”),第一座现代过山车。

  1846年,巴黎对坡道又做了变化,加上了一个直径达4米的圆形轨道。

  1887年,巴黎贝尔维尔地区建了一座大型车滑梯,由4段8字形轨道组成,长达200米,名为“贝尔维尔俄罗斯山”(法语名:Montagnes Russes de Belleville)。

  19世纪末到一战这段时间,科技进步,经济腾飞,没有大规模战争,被称为欧洲“美好年代”,车滑梯愈加流行。

  “贝尔维尔俄罗斯山”

  在法语和西班牙语里,过山车就被称为“俄罗斯山”。而在俄罗斯,过山车被叫作“美国山”。因为,美国人将过山车发扬光大,又传回俄罗斯。

  1850年代,美国宾夕法尼亚州的一段废弃的山区铁路,被人用来寻求刺激。坐在车上,顺轨道而下。这种娱乐人们称为“重力铁路”(Gravity railroad)。

  重力铁路

  重力铁路给了商人、发明家拉玛库斯·汤普森(LaMarcus Adna Thompson)很大启发。汤普森设计了之字形铁路,并于1884年在纽约康尼岛投入商业运营。

  真正的过山车,终于面世了。

  汤普森的生意很成功,开业一周就收回了全部成本。

  拉玛库斯·汤普森(LaMarcus Adna Thompson,1848年3月8日——1919年5月8日),美国企业家、发明家,现代过山车之父。

  1884年,纽约康尼岛之字形铁路娱乐设施。

  汤普森的成功,吸引模仿者蜂拥而来。康尼岛成了过山车的试验场,创意新颖的、奇形怪状的、危险作死的,应有尽有。

  有人竟然设计出一种大炮过山车,车体用大炮打出来,飞行一段距离,落到另一段轨道上。但这种过山车最终没能试验成功。

  环形过山车试验成功了,但安全性和体验比较差,商业上不成功,客流量太少而入不敷出。

  环形轨道当年不挣钱

  对过山车有实质性改进的是汤普森公司的约翰·米勒(John Miller)。他一生有100多项过山车方面的专利,设计和参与设计150多座过山车。

  米勒首先大大改善了过山车的安全性,重新设计了各种轨道,让过山车跑得更快更刺激。米勒被誉为“现代高速过山车之父。”

  约翰·米勒(John Mueller 1872年 – 1941年6月24日),美国过山车设计师、发明家、企业家。

  直到1929年大萧条之前,过山车事业蓬勃发展,这是过山车的黄金时代,全球建了1500多座过山车。许多过山车设计师挣得了财富,留下了创意。

  设计师Harry Traver开始考虑抛弃木制轨道,改用钢轨道。可是他的设想还没有大规模铺开,大萧条就来了。

  之后第二次世界大战爆发,过山车没了游客,只好停止运营,甚至被拆除。

  二战结束之后,美国一片欣欣向荣,普通家庭有钱又有闲。迪士尼洞察到人的需求,开建迪士尼乐园,并在其中建了一座新的过山车。

  迪士尼乐园马特洪过山车,开创钢轨道过山车纪元。

  1959年,加州迪士尼乐园的过山车建成了,整个形式仿瑞士阿尔卑斯山马特洪峰。其最大的创新在于抛弃了木轨道,采用了钢轨道。

  钢轨道便于设计更有难度的轨道。此后,各种有创意的轨道不断出现,过山车更快、更高、更长,不断自我超越,迎来了全盛时期。

  2021年开始运营的北京环球度假区霸天虎过山车

  享受加速度

  过山车给人享受,第一性原理是人体对变化的力作出响应,刺激人体分泌神经化学物质,如肾上腺素、多巴胺等。

  过山车上单位质量的人受到过山车的力,根据牛顿第二定律,为总加速度减去重力加速度,再除以重力加速度大小,叫作G力。

  为游客安全,过山车相关标准对G力的大小有规定。

  G力是矢量,一般在生物力学坐标系(Biomechanical coordinate system)里分解G力。生物力学坐标系定义如图1所示:

  国际标准组织(ISO)对过山车G力的安全范围以卵形图表示,如图2所示。

  游客对G力的承受时间也有限制。G=6,持续时间不得超过1秒;G=5,持续时间不得超过2秒。G越小,允许持续的时间就越长。图3为某过山车的G力记录,最大G力为4,持续时间低于标准规定的6秒。

  相关标准对G力随时间的变化率(即加速度对时间的导数,叫作急动度。)也有限制。根据ISO标准,加速阶段急动度最大为15g/s,减速阶段急动度最大为0.8g/s。可以看出,图3中的过山车满足这个要求。

  当你玩过山车的时候,倒是不必费力去测量加速度,来看过山车是不是符合标准。过山车是特种装备,国家严格监管,可以相信运营中的过山车都是不大可能出现灾难性事故的。

  你要做的就是感受快感,发出叫喊,享受加速度。

  过山车俯冲而下时,你会感到你体内的器官动起来了。

  你的身体不是铁板一块,加速的时候,身体各个部分分别加速。座椅推你的背,背部的肌肉推你的器官,这些器官又推其前面的器官。

  如果你做自由落体运动(图3中G力接近0或-1的时间段),你身体的各部分就不再推来挤去了,分别独自下落。你会感到你漂浮在你的体内。

  你还能对重力与惯性质量的等价性有更直观的感受。爱因斯坦就是想明白这个事情之后,很快就完成了广义相对论。

  力如果有变化,会感到更刺激。请做好心理准备,上环形轨道。

  20世纪早期,环形轨道就是圆形的,在轨道底部,加速度太大,让人很不舒服,整个过程加速度变化太剧烈,容易将游客扭伤。现在环形轨道一般不再是正圆形的,而是泪滴形,曲率下大上小,降低加速度变化率。

  更刺激的是,过山车还可以沿着轨道翻滚,忽而在轨道上方,忽而在轨道下方。

  广州长隆翻滚过山车

  过山车心理学

  过山车风靡世界,很多游乐场的过山车常常会有“排队两小时,坐车两分钟”的盛况。我们人类为什么喜欢坐过山车?

  一个明显的答案是追求刺激。用心理学术语说,是为了感觉寻求(sensation seeking)。感觉寻求是指个体寻求多变、新异、复杂、强烈的感觉和体验,并且采取生理、社会、法律、经济等方面的冒险行为来获取以上体验的人格特质。感觉寻求包括四个部分,分别是刺激和冒险寻求、体验寻求、去抑制性和去敏感性。

  直白地说,就是作死。

  坐过山车显然属于刺激和冒险寻求,与攀岩、潜水、跳伞、死亡自拍等,归为一类。

  过山车靠什么给人刺激?

  直觉的答案是速度,但是心理学家却发现,速度与感觉寻求直接相关的证据不足,比如飙车党很多不是感觉寻求,有些是特定情景下冒险行为。

  心理学家认为,过山车靠恐惧感带给人刺激,就像看恐怖片。恐惧使体内葡萄糖水平升高,带来心跳扑扑、喘气呼呼、活力满满等生理状况,心理学上称为“战斗或逃跑反应”(fight or flight response)。研究证实,坐过山车可以产生这种反应。

  安全环境下,战斗或逃跑反应与感觉刺激可共存吗?

  对蹦极研究发现,二者可共存。蹦极新手跳完之后,不仅感觉神清气爽、极度兴奋,血液中的内啡肽水平还升高,这是大脑分泌的一种著名的快乐物质。

  蹦极者血液内皮质醇水平也升高,而人在感到有压力时会分泌更多皮质醇。人能同时感到焦虑和快乐吗?

  答案是,人的压力不都是坏的,好的压力叫做积极压力(Eustress,也叫良性应激)。

  过山车乘客也会感到积极压力。荷兰科学家研究哮喘与压力与关系时发现,患有哮喘的志愿者坐过过山车后,哮喘症状可减轻。研究者认为,原因在于他们体验到了积极压力。

  不知道,坐过山车能不能成为哮喘病的一种疗法,两圈一疗程?

  过山车也不是人人都爱坐,个体差异也许可以脑化学来解释。除了内啡肽,大脑还分泌另一种快乐物质——多巴胺。内啡肽水平高更可能是身体经历“险境”的自然反应,而多巴胺水平高的人更可能去寻求刺激,如坐过山车、吸毒、行窃等。

  心理学目前还不能回答人们享受过山车的真正心理原因是什么。也许本来就没有单一原因,而是高速激情、克服恐惧、生理刺激等多因素的综合效果。

  现在的时代,温和、安全,甚至显得无聊,这其实是人类的幸运。更幸运的是,我们还能花点小钱,在非常安全的环境中,分泌肾上腺素、内啡肽、多巴胺,体验刺激、快乐和快感。我们的祖先要在警惕或处理危险时才能感受这些激素带来的体验。

  参考资料

  https://en.wikipedia.org/wiki/Roller_coaster

  https://www.britannica.com/topic/roller-coaster#ref910739

  https://physicsworld.com/a/twists-turns-thrills-and-spills-the-physics-of-rollercoasters/

  Phys。 Educ。 2020,55,065012

  https://theconversation.com/the-psychology-of-roller-coasters-99166

  原标题:“冒险者的游戏:过山车的历史、物理与心理学”

  来源:返朴

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