【生活中的科学】过山车背后的秘密

【慕联导读】

游乐园是孩子们的快乐王国，走进游乐园，过山车那充满惊险的三维空间超高速运动，往往最能激起青少年探险的兴趣。

但是你知道吗，在你的尖叫声与欢笑声中，其实已经和经典物理学的奠基人牛顿不期而遇了很多次。想知道你都在哪里遇到过牛顿大神吗？快看过来，这就为你揭秘！

过山车中的物理

没有动力为什么也能全程快速滑行？

过山车亦称云霄飞车，虽然全球的过山车种类繁多，但无论哪一种，其本身都无动力。虽然过山车没有动力，但它的速度却并不低，最高时速可达240千米。有的过山车从130多米的高空俯冲下来，百公里加速仅需1秒，而世界名车法拉利也需3.1秒。

那么，过山车的动力究竟源自哪里呢？原来，过山车起步时依靠机械牵引或弹射等方式，使它从整条轨道最低处爬升到最高点，将其他形式的能量转换成过山车最大的重力势能—这就是过山车走完全程所需的全部能量。而重力势能的形成，是因为物体间都存在着相互吸引的力—万有引力。

过山车没有动力也能达到很高的速度，这是因为处在制高点上的过山车在重力作用下，获得了向下的加速度。牛顿第二定律就揭示了力的这种作用效果。随着过山车从最高点快速滑下，其势能快速减小，动能快速增大。到达最低点时，根据能量守恒定律，过山车的能量不会消失，而是将势能全部转换为过山车的动能（忽略摩擦及空气阻力）。当运动到最低点时，过山车并不会停下来，它借助动能又冲上下一个的制高点，动能又迅即转换为过山车的势能。

另外，由于摩擦和空气阻力并不能忽略，因此过山车要消耗一定的机械能来克服摩擦和空气阻力。根据能量守恒，过山车的机械能会在运动中不断减小。由于能量减小，而质量和重力加速度都未改变，所以过山车所能越过的制高点只能逐次降低了。

倒悬为何有惊无险？

当过山车越过垂直立面轨道顶端时，人和车呈倒悬状态，让人惊恐不已。其实过山车通过倒悬路段时，做高速圆周运动的人和车都获得了较大的惯性。在惯性作用下，人和车都紧贴着轨道运动。此时，即便取掉固定人和车的护具，人和车都不会掉下来。

当然，为安全起见，运行中不允许取掉任何安全护具。

看，我们在这些时候都与万有引力的发现者牛顿相遇了。生活在处处有物理，只要你仔细思考就会发现哦！