你了解驚險刺激的過山車嗎

張艷花 杜英杰

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

過山車主要是由站臺、立柱、軌道、列車，以及牽引系統、制動系統、安全系統、電氣系統等部分組成.其中立柱對軌道起著支撐作用.牽引系統是由電動機提供動力.制動系統內有剎車裝置，安全系統和電氣系統是確保游樂設施安全必不可少的重要組成部分.

1.起步

運動伊始.過山車要爬上一段高高的陡坡.爬坡的動力來源于外部的電動機，電動機帶動過山車運行到坡道頂端（圖1中A處）.在這個過程中，電動機通過鏈條傳動對過山車做功，處于最高處的車身儲存著巨大的能量——重力勢能.接下來，過山車再也沒有任何裝置提供動力了，而是依靠能量的轉化和慣性滑行完成全過程.

2.下坡

當過山車下坡時，由于高度降低，重力勢能減小，動能增大，其運行速度也迅速增大.在這一過程（圖1中A →B中，過山車的重力勢能轉化為動能.當過山車加速下降時.你是否感覺自己要和座位脫離，如同“騰空”一般，這就是物理學中所說的“失重”現象.過山車運行到坡底時，具有很大的速度，由于慣性，它會進入下一階段——上坡.

3.上坡

當過山車上坡時，由于高度增大，其運行速度會逐漸減小.在這一過程（圖1中B→C）中，過山車的動能轉化為重力勢能，在過山車下坡和上坡過程中.會出現“失重”和“超重”現象.

4.回環、翻轉

過山車通常會有一個或多個環形軌道.當過山車再一次運行到軌道頂端時.你不必擔心自己會掉下去.這是為何呢？一個物體要沿著環形軌道做圓周運動.它所受合力要指向環形中心，這個力在物理學中叫作向心力（高中會學到）.當過山車達到環形軌道的最高點時，人所受的重力正好可以提供這個使人做圓周運動的向心力.所以人不會掉下來，

細心的你可能發現.設計師所設計的過山車軌道中.過山車依次通過的豎直回環的高度一次比一次低.這是因為過山車在運行過程中，要克服摩擦力和空氣阻力做功，機械能減少.所以每次達到的最大高度也會有所降低.

5.剎車

臨近終點時.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.當然，隨著科技的發展，現在也有一些過山車是利用磁力剎車，

同學們，通過上面的介紹，我們發現過山車的設計巧妙地運用了許多物理原理.物理就在我們身邊，只要你善于觀察和思考，相信你向小小科學家又近了一步。

責任編輯 蔡華杰