你了解驚險(xiǎn)刺激的過山車嗎

張艷花 杜英杰

你坐過過山車嗎？那種風(fēng)馳電掣、有驚無(wú)除的刺激感是否令你著迷？實(shí)際上，過山車中包含了許多物理知識(shí)，下面讓我們一起探等過山車遠(yuǎn)行中的奧秘吧，

過山車主要是由站臺(tái)、立柱、軌道、列車，以及牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成.其中立柱對(duì)軌道起著支撐作用.牽引系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力.制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)有剎車裝置，安全系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)是確保游樂設(shè)施安全必不可少的重要組成部分.

1.起步

運(yùn)動(dòng)伊始.過山車要爬上一段高高的陡坡.爬坡的動(dòng)力來源于外部的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)過山車運(yùn)行到坡道頂端（圖1中A處）.在這個(gè)過程中，電動(dòng)機(jī)通過鏈條傳動(dòng)對(duì)過山車做功，處于最高處的車身儲(chǔ)存著巨大的能量——重力勢(shì)能.接下來，過山車再也沒有任何裝置提供動(dòng)力了，而是依靠能量的轉(zhuǎn)化和慣性滑行完成全過程.

2.下坡

當(dāng)過山車下坡時(shí)，由于高度降低，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，其運(yùn)行速度也迅速增大.在這一過程（圖1中A →B中，過山車的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.當(dāng)過山車加速下降時(shí).你是否感覺自己要和座位脫離，如同“騰空”一般，這就是物理學(xué)中所說的“失重”現(xiàn)象.過山車運(yùn)行到坡底時(shí)，具有很大的速度，由于慣性，它會(huì)進(jìn)入下一階段——上坡.

3.上坡

當(dāng)過山車上坡時(shí)，由于高度增大，其運(yùn)行速度會(huì)逐漸減小.在這一過程（圖1中B→C）中，過山車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，在過山車下坡和上坡過程中.會(huì)出現(xiàn)“失重”和“超重”現(xiàn)象.

4.回環(huán)、翻轉(zhuǎn)

過山車通常會(huì)有一個(gè)或多個(gè)環(huán)形軌道.當(dāng)過山車再一次運(yùn)行到軌道頂端時(shí).你不必?fù)?dān)心自己會(huì)掉下去.這是為何呢？一個(gè)物體要沿著環(huán)形軌道做圓周運(yùn)動(dòng).它所受合力要指向環(huán)形中心，這個(gè)力在物理學(xué)中叫作向心力（高中會(huì)學(xué)到）.當(dāng)過山車達(dá)到環(huán)形軌道的最高點(diǎn)時(shí)，人所受的重力正好可以提供這個(gè)使人做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.所以人不會(huì)掉下來，

細(xì)心的你可能發(fā)現(xiàn).設(shè)計(jì)師所設(shè)計(jì)的過山車軌道中.過山車依次通過的豎直回環(huán)的高度一次比一次低.這是因?yàn)檫^山車在運(yùn)行過程中，要克服摩擦力和空氣阻力做功，機(jī)械能減少.所以每次達(dá)到的最大高度也會(huì)有所降低.

5.剎車

臨近終點(diǎn)時(shí).通過增大壓力的方式增大車輪與軌道間的摩擦.過山車最終慢慢停下來.當(dāng)然，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在也有一些過山車是利用磁力剎車，

同學(xué)們，通過上面的介紹，我們發(fā)現(xiàn)過山車的設(shè)計(jì)巧妙地運(yùn)用了許多物理原理.物理就在我們身邊，只要你善于觀察和思考，相信你向小小科學(xué)家又近了一步。

責(zé)任編輯 蔡華杰