تجهیزات شهربازی – مانند ترن هوایی، چرخ وفلک، تابهای چرخان و سایر دستگاههای پر شتاب – یکی از تجربههای مهیج انسانیاند. اما این هیجان صرفاً از طراحی ظاهری یا حرکت تصادفی پدید نمیآید؛ بلکه حاصل محاسبه دقیق، پیشبینی دقیق اثرات بر بدن انسان، انتخاب مواد مناسب، کنترل دقیق حرکت، و رعایت ضوابط ایمنی است. اگر این محاسبات انجام نشود، آنچه باید “لذت” باشد ممکن است به “خطر” یا آسیب تبدیل شود.
در این مقاله نگاهی خواهیم داشت به چگونگی تأثیر علم در طراحی و ساخت این تجهیزات، با مثالهای ملموس برای مخاطب عمومی، تا بدانیم چرا یک ترنهوایی که قوسهایش، شتابهایش، جهتهایش، ترمزهاش، و اتصالاتش بهطور دقیق طراحی شده، نه تنها هیجانانگیز بلکه ایمن هم هست.
در این بخش، هر یک از علوم دخیل را بررسی میکنیم و سپس نشان میدهیم چگونه با هم ترکیب میشوند.
انتخاب مناسب مواد برای ساخت اسکلت، ریلها، واگنها، اتصالات، اتومکانیکها و اجزای حرکتی، از ضروریات است. لازم است مواد تحمل تنشها، خستگی، خوردگی، تغییرات دما و لرزش را داشته باشند. همچنین، قابلیت جوش کردن، فرمدهی، و خواص سطحی مناسب (مانند مقاومت به سایش) مهّم هستند.
مثلاً: برای ریل ترن هوایی، فولاد با کیفیت بالا (با خاصیت یکنواخت و کم نقص) انتخاب میشود تا بارهای دینامیکِ ناشی از عبور واگنها را تحمل کند. اگر متریال ضعیف باشد، ممکن است ترک خستگی ایجاد شود که در بلندمدت باعث شکست میشود.
در مهندسی مکانیک، حرکت قطعات، شتابها، نیروی گرانش، نیروی گریز از مرکز، اصطکاک، ترمزها، محورهای چرخش، یاتاقانها، چرخدندهها، زنجیرها، سیستمهای هیدرولیک یا پنوماتیک، هدایت مسیر و کنترل حرکت مد نظر هستند.
به عنوان مثال، در یک ترن هوایی:
محاسبه میشود که واگن با چه سرعتی وارد شیب شود، با چه شتابی بالا برود، در چه نقطهای اوج بگیرد، سپس چه شیبی رو به پایین برود تا شتاب گرانش (G-force) در محدوده قابل تحمل بدن انسان باشد.
ترمزهایی طراحی میشوند که واگن را با شتاب منفی کنترلشده متوقف کنند، نه با توقف ناگهانی که ممکن است برای بدن بسیار خشن باشد.
سیستمهای برق و کنترل برای تأمین نیروی محرکه (موتورها، زنجیرها، کابلکشیها)، سنسورها و سیستمهای ایمنی (ترمز اضطراری، حسگرهای موقعیت، سیستمهای کنترل PLC)، روشنایی، اعلام هشدار، و مانیتورینگ لازماند.
مثلاً، سنسورها موقعیت واگن را رصد میکنند، اگر سرعت از حد مجاز بگذرد یا سیستم ترمز واکنش ندهد، کنترلکننده وارد عمل میشود و سیستم ایمنی خاموش میکند. این بخش برای ایمنی حیاتی است.
از دید سازهای، پایهها، فونداسیونها، ستونها، تیرها، اتصالات، و تعامل با زمین بررسی میشوند. به ویژه برای تجهیزات بزرگ مانند چرخوفلک یا ترن، این بخش اهمیت پیدا میکند.
مثلاً، فونداسیون ترن هوایی باید بارهای ثابت (وزن سازه) و متغیر (واگنها با سرعت، شتابها، فشار ناشی از باد) را تحمل کند. باید تحلیل شود که آیا نشست زمین، لرزش، یا ارتعاش انتقالی وجود دارد یا نه.
در این بخش، با مثال ملموس ترن هوایی و چرخوفلک، نشان میدهیم چگونه این علوم با هم به کار میروند.
تصور کنید یک ترن هوایی با شیب بالا، قوس، پایینسُرِشی تند، و چرخشهای پیچیده.
با مهندسی عمران، مکان و فونداسیون آن انتخاب میشود، بارهای سازه محاسبه میشوند، امکان نشست یا لرزش لحاظ میشود.
مواد مناسب انتخاب میشوند (مهندسی مواد) تا قطعات تحمل تنشهای دینامیک و ارتعاش را داشته باشند.
مهندسی مکانیک، مسیر حرکت واگن را طراحی میکند: سرعت اولیه، ارتفاع بالا، کاهش سرعت کنترلشده، چرخشها، شتابها. محاسبه میشود که بدن مسافر در قوسها و پیچها چه نیروهایی را تجربه میکند. با مهندسی تحلیلی، معادلات حرکت، تحلیل ارتعاش، نیروهای وارد بر بدن انسان، حد تحمل شتاب، دوران، گِریز از مرکز محاسبه میشوند.
مهندسی برق و کنترل، سیستم محرکه، زنجیر بالاکشنده، ترمزهای الکترومغناطیسی یا هیدرولیک، سنسورها و کنترلر را فراهم میکند.
به عنوان نمونه: اگر واگن در قوسی با شعاع حرکت کند با سرعت ، شتاب مرکزی است. اگر این مقدار خیلی زیاد شود، بدن مسافر تحت فشار زیاد قرار میگیرد که نه تنها لذتبخش نیست بلکه ممکن است خطرناک شود. مهندس باید تعیین کند مقدار مجاز شتاب – که برای بدن انسان قابل تحمل است – چقدر است.
چرخوفلک بزرگ یا تاب چرخانِ بالارونده، نیز چنین است:
مواد و سازه: برج، بازوها، کابینها، اتصالات، موتور بالا-برنده. مواد باید مقاومت به خستگی، خوردگی (اگر در فضای باز باشند)، و تغییرات دما داشته باشند.
مکانیک: مسیر حرکت، سرعت چرخش، شتاب بالا و پایین، نیروهای گریز از مرکز برای افراد داخل کابین محاسبه میشود. محاسبه سرعت زاویهای ، شتاب مرکز ، تاثیر بر بدن انسان، تعیین اینکه آیا حرکت آنقدر سریع باشد که مسافر احساس فشار کند یا آنقدر کند که جذابیت نداشته باشد.
برق و کنترل: موتور، سیستم بالا کشنده، ترمز اضطراری، سیستم کنترل سرعت، حسگر موقعیت.
عمران: فونداسیون برج باید فشارها و نیروی باد را تحمل کند.
هیجان زمانی ایجاد میشود که بدن انسان احساس کند تحت تأثیر نیرویی متفاوت از حالت معمول است — مثلاً افت فشار نسبی، کمی حس بیوزنی، یا گریز از مرکز. اما این نیروها باید کنترلشده باشند، نه آنقدر شدید که باعث آسیب گردند. به همین دلیل محاسبه دقیق شتابها، جهتها، مدت زمان اعمال نیرو، و انتقال این نیروها به بدن انسانی اهمیت دارد.
برای مثال، اگر شتاب بیش از حدود 4-5 g شود (بسته به جهت نیرو، افقی یا عمودی بودن)، ممکن است فرد دچار مشکلات شود. بنابراین مهندسان باید طراحی کنند تا شتابها مثلاً در محدوده 2-3 g باشند، یا اگر بیشتر میشوند، مدت آن کوتاه باشد و مقادیر دیگر جبران شوند تا تجربه لذتبخش باقی بماند.
ایمنی جدای از اینکه یک الزام اخلاقی و قانونی است، برای تجربه لذتبخش نیز مهم است. اگر مسافر بداند یا احساس کند که چیزی ممکن است اشتباه شود، لذت کاهش مییابد. در این بخش به چگونگی تأمین ایمنی میپردازیم.
یکی از مهمترین مراجع ایمنی، استاندارد ISO 17842‑1:2023 است که «ایمنی تجهیزات شهربازی و دستگاههای تفریحی – بخش ۱: طراحی و ساخت» را پوشش میدهد.
همچنین در بسیاری از کشورها استانداردهایی مانند EN 13814 و توسط ASTM International کمیته F24 تدوین شدهاند.
این استانداردها شامل طراحی سازه، تحلیل بار، عملکرد ایمنی، بازرسیهای دورهای، نگهداری و مستندسازی هستند.
در طول زمان، قطعات تحت بارهای تکرارشونده (خستگی) قرار میگیرند، اتصالات ممکن است شُل شوند، یاتاقانها فرسوده شوند، خوردگی پدید آید و ارتعاشات ناخواسته شکل بگیرند. برای جلوگیری از اینها مهندسان:
مدلهای تحلیل خستگی (مثلاً با نرمافزارهای FEM) به کار میبرند.
بازرسیهای غیرمخرب (NDT) مانند اولتراسونیک، مایعات نافذ، تست ذرات مغناطیسی انجام میدهند.
برنامه نگهداری دورهای دارند (بازرسی روزانه، ماهانه، سالانه).
طراحی باید به بدن انسان احترام بگذارد: صندلی و ایمنی مسافر، محدودیت شتابها، جهت اعمال نیرو، مدتزمان آن، وجود ترمز اضطراری، کمربند یا هارنس، و واضح بودن قوانین استفاده. برای مثال، اگر حرکت به سمت بالا سریع باشد، ممکن است احساس تهوع یا سرگیجه ایجاد شود؛ اگر توقف ناگهانی باشد، ممکن است آسیب وارد شود. مهندسان باید حواسشان به «انسان» باشد نه صرفاً حرکت سازه
ایجاد لذت در تجهیزات شهربازی صرفاً با بالا بردن سرعت یا شیب نیست؛ بلکه با ترکیبی از طراحی هوشمندانه است:
تنوع شتابها: یک ترن ممکن است ابتدا بالا بکشد، سپس با سرعت بیاید پایین، سپس پیچ بخورد، بعد گریز از مرکز تولید کند، سپس ترمز شود. این ترکیب باعث میشود بدن «انتظار هیجان» داشته باشد و وقتی به آن میرسد، لذت ببرد.
مدت و شدت مناسب: اگر شتاب زیاد باشد ولی فقط ۰٫۵ ثانیه، ممکن است اثر هیجان کم باشد؛ اگر بیش از حد طول بکشد، ممکن است خستگی یا درد ایجاد شود. مهندسان با محاسبه زمان، مسیر، شتاب و وقفهها، تجربهای متعادل ایجاد میکنند.
جهتهای مختلف حرکت: حرکت رو به بالا، رو به پایین، پیچیدگیهای حرکتی (چرخش، تاب، گریز از مرکز) تاثیر بیشتری دارد تا فقط حرکت مستقیم. این ترکیب از مکانیک و حس درونی انسان میآید.
احساس ایمنی ضمن تجربه: وقتی کاربر احساس کند سیستم مطمئن است، میتواند ریلکس کند و لذت ببرد؛ اگر دائماً نگران باشد، نمیتواند هیجان را همراه با آرامش تجربه کند.
در انتها میتوان گفت که تجهیزات شهربازی – از ترن هوایی گرفته تا چرخوفلک و تابهای چرخان – نقطه تلاقی میان مهندسی و تجربه انسانی هستند. ایجاد یک تجربه هیجانانگیز، شاد و لذتبخش برای مخاطب، تنها زمانی ممکن است که طراحی دقیق، محاسبه مهندسی، مواد مناسب، کنترل دقیق حرکت، سازه ایمن و تجزیه و تحلیل کامل انجام شده باشد. اگر هر یک از این عناصر کمکاری شود، ممکن است تجربه یا ایمنی مختل گردد.
هنوز نظری ثبت نشده است!