坐過山車為什么不會掉下來
當(dāng)我們坐在游樂場的過山車上時(shí)，它會帶著我們在軌道上劃出一道又一道美麗的弧線。坐過山車為什么不會掉下來?其實(shí)這里面蘊(yùn)含了豐富的力學(xué)知識。
坐過山車為什么不會掉下來?
當(dāng)過山車開始慢慢跑起來的時(shí)候，我們會發(fā)現(xiàn)車子要經(jīng)歷一個(gè)長長的水平軌道。在這個(gè)軌道上，我們的速度在不斷地加快，最后才會進(jìn)入弧形軌道。
簡單地說，水平軌道的作用是用來增加我們的速度。你可不要小看這個(gè)加速的過程，如果過山車在進(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，乘客之所以既不會從車上掉下來也不會被甩出去，是因?yàn)槲覀兊纳眢w會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，繩子會松弛，小球就會落下來。
這是因?yàn)椋∏蜣D(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)
坐過山車為什么不會掉下來的原因：具有向心力。
對于在做圓周運(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。
坐過山車為什么不會掉下來?拓展知識
在施行剛剛開始時(shí)，過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)化為引力勢能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構(gòu)成的。
第一種能，即引力熱能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，是由于它的高度和由引力產(chǎn)生的加速度而來的。對過山車來說，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)過山車開始下降時(shí)，它的勢能就不斷地減少(因?yàn)楦叨认陆盗?，但它不會消失，而是轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能，也就是運(yùn)動(dòng)能。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(jī)械能(動(dòng)能和勢能)。這就是為什么在設(shè)計(jì)中隨后的小山丘比開始時(shí)的小山丘那樣的高度所需要的機(jī)械能了。
過山車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實(shí)豐，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強(qiáng)烈。因?yàn)樽詈笠还?jié)車廂通過最高點(diǎn)時(shí)的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于引力作用于過山車中部的質(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)，從而就會產(chǎn)生一種要被拋離的感覺，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)的過山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時(shí)，乘客就會有一種被壓到軌道上的感覺，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)過山車達(dá)到圓形軌道的最高點(diǎn)時(shí)，事實(shí)上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時(shí)，這種現(xiàn)象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機(jī)械制動(dòng)裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由氣缸來控制的。