最快、最高、最長的俯衝式過山車，可以讓遊樂園的刺激愛好者體驗自由落體，將於明年夏天在俄亥俄州桑達斯基的雪松點開放。瓦爾拉文的設計是將乘客帶到 20 層樓高的 66 米頂峰，然後以 90 度角墜落並感受失重感。第一次墜落產生足夠的能量來推動過山車在剩餘的旅程中前進。
透過將過山車的車廂提升到山頂，車廂儲存了大量的重力勢能。這種能量取決於物體的質量（過山車車廂和乘客）及其垂直位移（車廂離地面的距離）。當車廂到達山頂並開始加速下降時，這種勢能或位置能量會轉化為動能或運動能量。加州理工學院的物理學家凱文·希克森說：“過山車獲得的所有能量都來自它最初被提升到的點，從那裡它只會獲得越來越多的動能。”
第一次下降的高度也決定了過山車的速度。下降的時間越長，車廂因重力而加速的越多。
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1959 年鋼結構過山車的出現使得更高的結構成為可能。新的框架更堅固、更輕、更容易建造，因為軌道可以在遠端製造，然後運送到預定的遊樂園或主題公園進行最終組裝。
鋼製過山車比木製過山車需要更少的密集支撐梁，因為鋼軌本身有助於支撐結構。此外，鋼製過山車因摩擦而損失的能量更少。鋼製過山車的車輪不是像木製過山車那樣沿著軌道嘎嘎作響，而是被軌道本身包圍，從而使乘坐更平穩、更快。從理論上講，如果沒有摩擦和其他阻力，只要永不爬到初始山的高度，過山車就可以無限期地行駛。根據能量守恆定律，當車廂沿著軌道滑行時，車廂的能量將永遠從勢能轉換為動能，然後再轉換回來。
雖然高度仍然是獲得高速的最佳方法之一，但過山車也可以透過電磁推進、彈射器或利用液壓或氣動力的機制從起點射出。這些發射式過山車的車廂有可能在大約兩秒鐘內從零加速到接近 130 公里/小時。
儘管主題公園吹噓其最新景點的最高速度，但工程師尚未真正將這些歡樂遊樂設施推向其潛在的極限。“就快速行駛的物理原理而言，過山車還沒有真正達到頂峰，”希克森說。“火車和飛機速度快得多。”
雖然過山車肯定可以更快，但它們受到更高速度所需的加速度的限制。過山車在幾秒鐘內達到最高速度。所獲得的加速度會導致g力，這使得乘客（如太空中的宇航員）感受到增加或減少的質量感。這些g力可能是致命的，但物理學家對此很瞭解，因此過山車是按照嚴格的標準建造的，以使其保持在安全水平內。
美國宇航局人類系統整合部門的科學家萊蘭·斯通說：“將血液從你的大腦拉到腿部的g力通常在過山車上體驗到。” 他專注於極端g力如何影響人體。“如果沒有訓練，人們通常可以忍受兩到三個g（在這個方向）幾秒鐘而沒有任何後果。”
但是，如果過山車的加速度過大，重力會阻止血液流向眼睛和大腦。在較高水平下持續更長時間，極端的g力可能會導致昏厥或暫時失明。但是過山車施加的g力相對無害。“將血液拉入大腦的g力是最危險的，”斯通說，因為它們可能導致中風。過山車透過控制乘客在太空中的方向來避免這種情況。如果坐直，或至少始終將腳懸掛在地面，則力始終指向腳。“倒坐在過山車上不是一件安全的事情，”斯通說。
工程師依靠這些資訊來建造提供危險的所有刺激但又避免真正危及生命的風險的遊樂設施。一些最極限的過山車的乘客可以體驗高達 6.5g的加速度，這比宇航員在發射時體驗到的還要多，也比 NASCAR 車手在賽道上飛馳時感受到的還要多。過山車乘客的訣竅在於持續時間。這 6.5g的加速度通常最多持續一秒鐘，而宇航員可能會忍受 4g幾分鐘。過山車只允許在一秒鐘內施加 6g的加速度，並且在長一到兩秒鐘內施加 4g的加速度。
公園不斷致力於推出更新的、破紀錄的遊樂設施，但並非工程和人類的耐力決定了所有的限制。經濟因素也發揮著作用。更大、更刺激的遊樂設施需要空間、特殊材料和長期維護，所有這些都需要付出高昂的代價。
然而，對於真正的冒險家來說，有越來越多通往同樣刺激的途徑。例如，加州理工學院的希克森對過山車感到矛盾。他“寧願乘坐火箭”。