當(dāng)我們坐在游樂(lè)場(chǎng)的過(guò)山車上時(shí)，它會(huì)帶著我們?cè)谲壍郎蟿澇鲆坏烙忠坏烂利惖幕【€。坐過(guò)山車為什么不會(huì)掉下來(lái)?其實(shí)這里面蘊(yùn)含了豐富的力學(xué)知識(shí)。

坐過(guò)山車為什么不會(huì)掉下來(lái)?

當(dāng)過(guò)山車開(kāi)始慢慢跑起來(lái)的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)車子要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的水平軌道。在這個(gè)軌道上，我們的速度在不斷地加快，最后才會(huì)進(jìn)入弧形軌道。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，水平軌道的作用是用來(lái)增加我們的速度。你可不要小看這個(gè)加速的過(guò)程，如果過(guò)山車在進(jìn)入弧形軌道之前的速度不夠大，那么在軌道上很可能出現(xiàn)危險(xiǎn)

當(dāng)過(guò)山車在軌道上劃出一個(gè)又一個(gè)大圓圈的時(shí)候，乘客之所以既不會(huì)從車上掉下來(lái)也不會(huì)被甩出去，是因?yàn)槲覀兊纳眢w會(huì)受到重力和軌道給我們的支持力。而這兩種力在指向圓心的方向上合成了一種力，正是這種力帶著我們繞軌道旋轉(zhuǎn)。我們給這種力起了一個(gè)名字，叫作向心力。

所有做曲線運(yùn)動(dòng)的物體，都會(huì)受到向心力的作用。

我們可以用繩子系上一個(gè)小球，用力轉(zhuǎn)動(dòng)繩子，使小球在豎直平面上劃圓圈。當(dāng)我們用力不夠大的時(shí)候，繩子會(huì)松弛，小球就會(huì)落下來(lái)。

這是因?yàn)?，小球轉(zhuǎn)動(dòng)的速度太小，導(dǎo)致向心力太大，這種現(xiàn)象叫做向心運(yùn)動(dòng)

坐過(guò)山車為什么不會(huì)掉下來(lái)的原因：具有向心力。

對(duì)于在做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，向心力是一種拉力，其方向隨著物體在圓周軌道上的運(yùn)動(dòng)而不停改變。此拉力沿著圓周半徑指向圓周的中心。

它不是具有確定性質(zhì)的某種類型的力。相反，任何性質(zhì)的力都可以作為向心力。實(shí)際上它可是某種性質(zhì)的一個(gè)力，或某個(gè)力的分力，還可以是幾個(gè)不同性質(zhì)的力沿著半徑指向圓心的合外力。

坐過(guò)山車為什么不會(huì)掉下來(lái)?拓展知識(shí)

在施行剛剛開(kāi)始時(shí)，過(guò)山車的小列車是依靠一個(gè)機(jī)械裝置的推力推上最高點(diǎn)的，但在第一次下行后，就再也沒(méi)有任何裝置為它提供動(dòng)力了。事實(shí)上，從這時(shí)起，帶動(dòng)它沿軌道行駛的唯一的“發(fā)動(dòng)機(jī)”將是引力熱能，即由引力熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、又由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為引力勢(shì)能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程構(gòu)成的。

第一種能，即引力熱能是物體因其所處位置而自身?yè)碛械哪芰?，是由于它的高度和由引力產(chǎn)生的加速度而來(lái)的。對(duì)過(guò)山車來(lái)說(shuō)，它的熱能在處于最高點(diǎn)時(shí)達(dá)到了最大值，也就是當(dāng)它爬升到“山丘”的頂峰時(shí)最大。當(dāng)過(guò)山車開(kāi)始下降時(shí)，它的勢(shì)能就不斷地減少(因?yàn)楦叨认陆盗?，但它不會(huì)消失，而是轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能，也就是運(yùn)動(dòng)能。不過(guò)，在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于過(guò)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(jī)械能(動(dòng)能和勢(shì)能)。這就是為什么在設(shè)計(jì)中隨后的小山丘比開(kāi)始時(shí)的小山丘那樣的高度所需要的機(jī)械能了。

過(guò)山車最后一節(jié)小車廂里是過(guò)山車贈(zèng)送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實(shí)豐，下降的感受在過(guò)山車的尾部車廂最為強(qiáng)烈。因?yàn)樽詈笠还?jié)車廂通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度比過(guò)山車頭部的車廂要快，這是由于引力作用于過(guò)山車中部的質(zhì)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(dá)到和跨越最高點(diǎn)，從而就會(huì)產(chǎn)生一種要被拋離的感覺(jué)，因?yàn)橘|(zhì)量中心正在加速向下，尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達(dá)頂峰附近時(shí)，小車廂就可能脫軌甩出去。

車頭部的車廂情況就不同了，它的質(zhì)量中心在“身后”，在短時(shí)間內(nèi)，它雖然處在下降的狀態(tài)，但是它要“等待”質(zhì)量中心越過(guò)高點(diǎn)被引力推動(dòng)。

到達(dá)“瘋狂之圈”時(shí)，沿直線軌道行進(jìn)的過(guò)山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時(shí)，乘客就會(huì)有一種被壓到軌道上的感覺(jué)，因?yàn)檫@時(shí)產(chǎn)生了一種表觀的離心力。事實(shí)上，在環(huán)形軌道上由于鐵軌與過(guò)山車相互作用產(chǎn)生了一種向心力。這種環(huán)形軌道是略帶橢圓形的，目的是為了“平衡”引力的制動(dòng)效應(yīng)。當(dāng)過(guò)山車達(dá)到圓形軌道的最高點(diǎn)時(shí)，事實(shí)上它會(huì)慢下來(lái)，但如果彎曲的程度較小時(shí)，這種現(xiàn)象會(huì)減弱。一旦過(guò)山車走完了它的行程，機(jī)械制動(dòng)裝置就會(huì)非常安全地使過(guò)山車停下來(lái)。減速的快慢是由氣缸來(lái)控制的。