過山車主要原理

過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那種風(fēng)馳電掣、有驚無險的快感令不少人著迷。如果你對物理學(xué)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(xué)定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學(xué)原理，人們在設(shè)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(chǎn)生的效果，那感覺真是妙不可言。這次同物理學(xué)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(dāng)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(yīng)。

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(zhuǎn)化為動能、又由動能轉(zhuǎn)化為重力勢能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構(gòu)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(chǎn)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(dāng)它爬升到"山丘"的頂峰時最大。當(dāng)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(zhuǎn)化成了動能，也就是運動的能量。不過，在能量的轉(zhuǎn)化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產(chǎn)生了熱量，從而損耗了少量的機械能(動能和勢能)。這就是為什么在設(shè)計中隨后的小山丘比開始時的小山丘略矮一點的原因。