Почему петлю нельзя сделать просто круглой
В круговой петле радиус поворота везде одинаков. Но скорость поезда меняется: внизу он обычно движется быстрее, чем наверху, куда его замедлил подъём. Чем выше скорость и теснее поворот, тем сильнее ускорение, которое ощущает пассажир: оно растёт пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально радиусу поворота. Поэтому круг одинаковой ширины не обеспечивает одинаковую нагрузку на всём пути.
Как помогает клотоидная форма
Клотоид — это кривая, у которой поворот постепенно становится всё круче. В петле нижнюю часть делают более широкой, а верхнюю — более узкой. Быстрый поезд проходит внизу плавный поворот большого радиуса; по мере подъёма скорость падает, и меньший радиус наверху уже не создаёт такого резкого скачка нагрузки.
Важен и сам переход: поезд не должен мгновенно перескакивать с прямого участка на крутой изгиб. Постепенное изменение кривизны — то есть того, насколько резко трасса поворачивает, — помогает наращивать и снижать ускорение плавнее. Инженеры подбирают профиль с учётом скорости поезда и допустимых нагрузок, а не просто рисуют петлю нужной высоты.
Что чувствует пассажир
Нагрузка в петле зависит не только от формы рельсов: на тело одновременно действуют ускорение поезда и обычное притяжение Земли. Слишком резкий или сильный перепад может вызвать неприятное ощущение тяжести либо невесомости; при неблагоприятной нагрузке и её длительности кровообращение тоже может пострадать. Вытянутая петля нужна прежде всего для того, чтобы согласовать форму поворота с меняющейся скоростью поезда — так аттракцион может перевернуть пассажира, не заставляя его проходить весь круг с одинаково резким изгибом.
