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過山車是由美國發(fā)明家、商人拉馬庫斯·阿德納·湯普森是第一個注冊過山車相關專利技術的人，并曾制造過數(shù)十個過山車設施，因此被譽稱為“重力之父”。過山車又稱為云霄飛車，是一種機動游樂設施，常見于游樂園和主題樂園中，一般恐高或者心臟病患者不建議游玩，以免發(fā)生危險。

　　過山車是什么意思

　　過山車是一種機動游樂設施，常見于游樂園和主題樂園中。過山車雖然驚悚恐怖，但是基本上是非常安全的設施，深受很多年輕游客的喜愛。

　　一個基本的過山車構造中，包含了爬升、滑落、倒轉(兒童過山車沒有倒轉)，其軌道的設計不一定是一個完整的回圈，也可以設計為車體在軌道上的運行方式為來回移動。大部分過山車的每個乘坐車廂可容納2人、4人、6人、8人，這些車廂利用勾子相互連結起來，就像火車一樣。從最基本的層面來看，過山車不過是一部利用重力和慣性使列車沿蜿蜒的軌道行進的機器。

　　過山車的主要原理

　　過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那種風馳電掣、有驚無險的快感令不少人著迷。如果你對物理學感興趣的話，那么在乘坐過山車的過程中不僅能夠體驗到冒險的快感，還有助于理解力學定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學原理，人們在設計過山車時巧妙地運用了這些原理。如果能親身體驗一下由能量守恒、加速度和力交織在一起產生的效果，那感覺真是妙不可言。這次同物理學打交道不用動腦子，只要收緊你的腹肌，保護好腸胃就行了。當然，如果你受身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁仔細觀察過山車的運動和乘坐者的反應。

　　在剛剛開始時，過山車的小列車是依靠彈射器的推力或者鏈條爬上最高點的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。事實上，從這時起，帶動它沿軌道行駛的唯一的“發(fā)動機”將是重力勢能，即由勢能轉化為動能、又由動能轉化為重力勢能這樣一種不斷轉化的過程構成的。

　　第一種能，即重力勢能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，它是由于物體和地球的重力相互作用而產生的。對過山車來說，它的勢能在處于最高點時達到了最大值，也就是當它爬升到“山丘”的頂峰時最大。當過山車開始下降時，它的勢能就不斷地減少(因為高度下降了)，但能量不會消失，而是轉化成了動能，也就是運動的能量。不過，在能量的轉化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產生了熱量，從而損耗了少量的機械能(動能和勢能)。這就是在設計中隨后的小山丘比開始時的小山丘略矮一點的原因。

　　過山車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實上，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最后一節(jié)車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于重力作用于過山車中部的質量中心的緣故。這樣，乘坐在最后一節(jié)車廂的人就能夠快速地達到和跨越最高點，從而就會產生一種要被拋離的感覺，因為質量中心正在加速向。尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達頂峰附近時，小車廂就可能脫軌飛出去。

　　車頭部的車廂情況就不同了，它的質量中心在“身后”，在短時間內，它雖然處在下降的狀態(tài)，但是它要“等待”質量中心越過高點被重力推動。

　　過山車的豎直立環(huán)是一種離心機裝置，當列車接近回環(huán)時，乘客的慣性速度筆直地指向前方。但車廂一直沿軌道行進，使乘客的身體無法按直線運動。于是重力推著乘客離開車廂的地板，而慣性則將乘客向地板方向擠壓。乘客本身的外向慣性產生慣性力，使乘客即使在頭朝下時也能牢牢地停留在車廂的底部。當然乘客需要某種安全護具來保證自己的安全，但在大多數(shù)大回環(huán)中，無論有沒有護具，乘客都會停留在車廂中。

　　當列車沿著回環(huán)移動時，作用在乘客身上的合力在不斷地變化。在回環(huán)的最底部，因為加速度朝上，所以軌道對游客向上的支撐力要大于重力，此時游客可以感覺到超重的現(xiàn)象，即感覺特別沉重。當一路沖上回環(huán)時，重力則把乘客向地板的方向推。所以乘客會感到重力將您向座位方向擠壓。

　　在回環(huán)的頂部，乘客完全倒轉了過來，指向地面的重力以及軌道的向下的支持力想把乘客拖出座位，但支持力和重力僅與離心力平衡，即提供運動所需的向心力，此時若是飛車的速度較小，小到所產生的離心力小于重力的話，飛車就會有掉落的危險，所以，在回環(huán)頂部的時候要求有一定的速度以保證安全。同時也是由于離心力的存在，抵消了一部分重力，于是乘客會產生失重現(xiàn)象，感覺身體變得極輕。等列車駛出回環(huán)，沿水平方向行進，乘客又會回到原來的重力。

　　大回環(huán)的魅力在于，它在短短的一段軌道中塞進了豐富的元素。在幾秒鐘內，作用在乘客身上的力不斷變化，從而讓人體驗到各種不同的感覺。當這些力作用于身體的各個部位時，眼睛會看到整個世界都倒了過來。對于許多過山車乘客而言，在回環(huán)頂部是整個運行過程中最精彩的一刻，人們會感到身體輕如羽毛，眼中只能看到天空。

　　在大回環(huán)中，豎直加速度的強度是由兩個因素決定的：列車的速度和彎道的角度。當列車進入回環(huán)時，它擁有最大的動能，也就是說，它以最快的速度移動。在回環(huán)的頂部，重力已經在一定程度上降低了列車的速度，所以列車擁有更多的勢能，但動能減少了，也就是說它以較低的速度移動，但速度不能夠低于某一個安全行駛的速度。

　　過山車的設計師們最早采用的是正圓形回環(huán)。在這種設計中，一路上的彎道角度是一個常數(shù)。為了在回環(huán)頂部產生足夠的豎直加速度以壓迫列車緊貼軌道，設計師們必須讓列車以相當快的速度進入回環(huán)(如此可使列車在回環(huán)頂部仍能快速行進)。更快的速度意味著乘客在進入回環(huán)時會受到更大的作用力，而這可能會讓乘客很不舒服。

　　水滴形設計使這些力的平衡變得更加容易。回環(huán)頂部的彎道角度比回環(huán)側面更急促。這樣可以讓列車以足夠快的速度穿過回環(huán)，使之在回環(huán)頂部擁有充足的加速力，而且水滴形設計會在側面產生較小的豎直加速度。這提供了維持過山車一切運行所需的力，而不致將過大的力施加在可能有危險的部位。

　　一旦過山車走完了它的行程，制動裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由制動氣缸中氣體的壓力來控制的。