过山车的物理原理

过山车的物理原理既复杂又简单，但如果没有这一科学分支的影响，这些令人惊叹的游乐设施将不会移动一英寸。

什么是物理学？
物理学是一门研究物质和能量以及来自每一种的不同力如何相互作用和影响的学科。从重力到加速度再到摩擦力，物理学是所有过山车成功运行背后的关键科学。无论是简单的儿童过山车还是精心制作的尖叫机，它们都必须遵循相同的物理原理才能安全、高效地运行。

过山车物理学：关键概念
影响过山车的最基本的物理学前提是格言“上升必有下降”。然而，“下降”如何扭曲成环路、曲线、山丘和倒转的过程需要更多专业知识。关键的过山车物理概念包括：
引力：引力是将所有物体拉向地球中心的力，是与过山车相关的最重要的物理概念。从本质上讲，一旦过山车脱离了最初的链条升力或推进力，重力就会确保它沿着轨道完成它的行程。骑手还可以通过正负力的形式感受到重力，这些力量似乎可以将骑手推向座位深处或将他们拉出座位，这是许多寻求刺激的人都喜欢的令人兴奋的感觉。
势能和动能：这两个相关的概念控制着过山车速度和高度的变化。简而言之，物体离地越高，它的势能就越大——也就是下落时获得速度的潜力。当它落向地面时，势能变为动能或运动能。两种能量的总和是恒定的，但过山车必须保持势能和动能的充分平衡才能提供惊险刺激的旅程。
加速度：经常与速度混淆，加速度实际上是速度的变化——可以是速度或方向的变化。因此，即使速度保持恒定，过山车也在加速通过环路和弯道。
摩擦力：物理公式和计算必须包括摩擦力作为过山车的关键因素，因为摩擦力是一种可以显著减慢乘坐速度的力。火车与空气之间以及车轮与轨道之间的接触都会对乘坐产生摩擦。
额外的物理概念
开瓶器式杯垫
除了过山车物理学的这些关键原则外，其他物理学概念也会影响过山车的运行方式，并且对于安全、有趣的乘坐同样重要。

压力：许多过山车制动系统都是通过气压操作的，该压力必须足以使空车和满载列车停止，而不会伤害乘客或对乘坐结构施加过大的压力。
光学：光学传感器帮助计算机系统控制游乐设施的位置和运行方式。
磁性：许多高科技游乐设施使用电磁铁作为推进或制动形式，并且必须精确定时和校准磁铁以确保安全运行。
电力：从实际运行过山车到为装饰灯供电，适当的电力对过山车至关重要。
更多科学必需品
物理学并不是平稳运行、令人兴奋的过山车所必需的唯一科学。设计游乐设施时，工程师和公园管理人员还必须考虑：
生物学：骑行的压力如何影响骑手是决定骑行是否愉快或痛苦的主要因素。设计非常糟糕的骑行甚至会导致昏厥、头痛和其他伤害。
地质：现代钢制过山车重达数百吨，必须对公园的地质有敏锐的了解，才能将过山车放置在稳定的支撑表面上。Cedar Point 是必须特别注意这一点的公园的一个例子，因为它的十七个过山车位于湖岸和沼泽泻湖周围。
气候学：游乐设施所处的气候会极大地影响其建造所用材料的类型。
心理学：一个游乐设施如何命名、装饰和宣传，需要详细了解心理学才能吸引骑手。
坐过山车学习物理
由于设计、建造和操作过山车涉及到如此多的科学概念，因此许多游乐园举办物理日活动，并邀请当地学校根据公园的游乐设施测试他们的知识。物理老师可能会要求学生测量速度、角度、速度、加速度和其他过山车事实，以便回答问题，而一些公园则为有抱负的过山车工程师提供竞赛，让他们设计自己的游乐设施和搭建模型。对于从小学到大学的物理学生来说，这可能是一项有趣且具有教育意义的活动。

额外资源
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