世界上最大的過山車
世界上最大的過山車
過山車對(duì)于我們來說并不陌生,吸引了很多年輕人的目光和體驗(yàn),小編也一樣,也很喜歡玩過山車。那么你們對(duì)于過山車有什么了解嗎?知道世界上最大的過山車在哪嗎?接下來跟隨小編一起,來看一下過山車的有關(guān)知識(shí)吧。
過山車 (游樂設(shè)施)
過山車(Roller coaster,或又稱為云霄飛車),是一種機(jī)動(dòng)游樂設(shè)施,常見于游樂園和主題樂園中。拉馬庫斯·阿德納·湯普森(LaMarcus Adna Thompson)是第一個(gè)注冊(cè)過山車相關(guān)專利技術(shù)的人(1885年1月20日),并曾制造過數(shù)10個(gè)過山車設(shè)施,因此被譽(yù)稱為“重力之父”(Father of Gravity)。過山車雖然驚悚恐怖,但是基本上是非常安全的設(shè)施。
主要原理
過山車是一項(xiàng)富有刺激性的娛樂工具。那種風(fēng)馳電掣、有驚無險(xiǎn)的快感令不少人著迷。如果你對(duì)物理學(xué)感興趣的話,那么在乘坐過山車的過程中不僅能夠體驗(yàn)到冒險(xiǎn)的快感,還有助于理解力學(xué)定律。實(shí)際上,過山車的運(yùn)動(dòng)包含了許多物理學(xué)原理,人們?cè)谠O(shè)計(jì)過山車時(shí)巧妙地運(yùn)用了這些原理。如果能親身體驗(yàn)一下由能量守恒、加速度和力交織在一起產(chǎn)生的效果,那感覺真是妙不可言。這次同物理學(xué)打交道不用動(dòng)腦子,只要收緊你的腹肌,保護(hù)好腸胃就行了。當(dāng)然,如果你受身體條件和心理承受能力的限制,無法親身體驗(yàn)過山車帶來的種種感受,你不妨站在一旁仔細(xì)觀察過山車的運(yùn)動(dòng)和乘坐者的反應(yīng)。
在剛剛開始時(shí),過山車的小列車是依靠彈射器的推力或者鏈條爬上最高點(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)”將是重力勢(shì)能,即由勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、又由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構(gòu)成的。
第一種能,即重力勢(shì)能是物體因其所處位置而自身擁有的能量,它是由于物體和地球的重力相互作用而產(chǎn)生的。對(duì)過山車來說,它的勢(shì)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(shì)能就不斷地減少(因?yàn)楦叨认陆盗?,但能量不會(huì)消失,而是轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能,也就是運(yùn)動(dòng)的能量。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(shì)能)。這就是為什么在設(shè)計(jì)中隨后的小山丘比開始時(shí)的小山丘略矮一點(diǎn)的原因。
過山車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈(zèng)送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實(shí)上,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,這是由于重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(huì)產(chǎn)生一種要被拋離的感覺,因?yàn)橘|(zhì)量中心正在加速向。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),小車廂就可能脫軌飛出去。
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)被重力推動(dòng)。
過山車的豎直立環(huán)是一種離心機(jī)裝置,當(dāng)列車接近回環(huán)時(shí),乘客的慣性速度筆直地指向前方。但車廂一直沿軌道行進(jìn),使乘客的身體無法按直線運(yùn)動(dòng)。于是重力推著乘客離開車廂的地板,而慣性則將乘客向地板方向擠壓。乘客本身的外向慣性產(chǎn)生慣性力,使乘客即使在頭朝下時(shí)也能牢牢地停留在車廂的底部。當(dāng)然乘客需要某種安全護(hù)具來保證自己的安全,但在大多數(shù)大回環(huán)中,無論有沒有護(hù)具,乘客都會(huì)停留在車廂中。
當(dāng)列車沿著回環(huán)移動(dòng)時(shí),作用在乘客身上的合力在不斷地變化。在回環(huán)的最底部,因?yàn)榧铀俣瘸希攒壍缹?duì)游客向上的支撐力要大于重力,此時(shí)游客可以感覺到超重的現(xiàn)象,即感覺特別沉重。當(dāng)一路沖上回環(huán)時(shí),重力則把乘客向地板的方向推。所以乘客會(huì)感到重力將您向座位方向擠壓。
在回環(huán)的頂部,乘客完全倒轉(zhuǎn)了過來,指向地面的重力以及軌道的向下的支持力想把乘客拖出座位,但支持力和重力僅與離心力平衡,即提供運(yùn)動(dòng)所需的向心力,此時(shí)若是飛車的速度較小,小到所產(chǎn)生的離心力小于重力的話,飛車就會(huì)有掉落的危險(xiǎn),所以,在回環(huán)頂部的時(shí)候要求有一定的速度以保證安全。同時(shí)也是由于離心力的存在,抵消了一部分重力,于是乘客會(huì)產(chǎn)生失重現(xiàn)象,感覺身體變得極輕。等列車駛出回環(huán),沿水平方向行進(jìn),乘客又會(huì)回到原來的重力。
大回環(huán)的魅力在于,它在短短的一段軌道中塞進(jìn)了豐富的元素。在幾秒鐘內(nèi),作用在乘客身上的力不斷變化,從而讓人體驗(yàn)到各種不同的感覺。當(dāng)這些力作用于身體的各個(gè)部位時(shí),眼睛會(huì)看到整個(gè)世界都倒了過來。對(duì)于許多過山車乘客而言,在回環(huán)頂部是整個(gè)運(yùn)行過程中最精彩的一刻,人們會(huì)感到身體輕如羽毛,眼中只能看到天空。
在大回環(huán)中,豎直加速度的強(qiáng)度是由兩個(gè)因素決定的:列車的速度和彎道的角度。當(dāng)列車進(jìn)入回環(huán)時(shí),它擁有最大的動(dòng)能,也就是說,它以最快的速度移動(dòng)。在回環(huán)的頂部,重力已經(jīng)在一定程度上降低了列車的速度,所以列車擁有更多的勢(shì)能,但動(dòng)能減少了,也就是說它以較低的速度移動(dòng),但速度不能夠低于某一個(gè)安全行駛的速度。
過山車的設(shè)計(jì)師們最早采用的是正圓形回環(huán)。在這種設(shè)計(jì)中,一路上的彎道角度是一個(gè)常數(shù)。為了在回環(huán)頂部產(chǎn)生足夠的豎直加速度以壓迫列車緊貼軌道,設(shè)計(jì)師們必須讓列車以相當(dāng)快的速度進(jìn)入回環(huán)(如此可使列車在回環(huán)頂部仍能快速行進(jìn))。更快的速度意味著乘客在進(jìn)入回環(huán)時(shí)會(huì)受到更大的作用力,而這可能會(huì)讓乘客很不舒服。
水滴形設(shè)計(jì)使這些力的平衡變得更加容易。回環(huán)頂部的彎道角度比回環(huán)側(cè)面更急促。這樣可以讓列車以足夠快的速度穿過回環(huán),使之在回環(huán)頂部擁有充足的加速力,而且水滴形設(shè)計(jì)會(huì)在側(cè)面產(chǎn)生較小的豎直加速度。這提供了維持過山車一切運(yùn)行所需的力,而不致將過大的力施加在可能有危險(xiǎn)的部位。
一旦過山車走完了它的行程,制動(dòng)裝置就會(huì)非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由制動(dòng)氣缸中氣體的壓力來控制的。
歷史起源
如果說美國有一個(gè)過山車的搖籃,那么它就是紐約的科尼艾蘭。美國的第一部過山車1884年在這里誕生。對(duì)于過山車迷來說,這里是他們的“麥加圣城”。科尼艾蘭仍保留著1927年建造的最早的木質(zhì)過山車“颶風(fēng)號(hào)”(Crystal Beach Cyclone)。
中國的第一部過山車,位于香港海洋公園
今天木質(zhì)過山車產(chǎn)生的神奇效果是在上個(gè)世紀(jì)20年代所無法想象的。美國辛辛那提市附近的Kings Island游樂園里面有一個(gè)“Son of Beast”——“野獸之子”木質(zhì)過山車(有鋼支撐)開創(chuàng)了令人震撼的新高度,它高66米,長2143米,最高時(shí)速126公里,上下有65米的落差,造價(jià)據(jù)估計(jì)2000萬美元,能同時(shí)供3輛過山車運(yùn)行,每輛可載36人。它甚至還有一段木質(zhì)過山車界唯一的垂直循環(huán)軌道,這是一個(gè)創(chuàng)舉,因?yàn)槿藗冊(cè)J(rèn)為這對(duì)木質(zhì)過山車來說是根本不可能的。不過最終還是因?yàn)榘踩系目紤](見下)于2006年12月拆除了這段垂直循環(huán)軌道。這座過山車也于2012年10月被完全拆除。
在過山車興起的早期,只有傳統(tǒng)的木質(zhì)過山車。今天,過山車家族已經(jīng)有約30名成員,包括金屬過山車、懸掛式過山車、豎立式過山車以及穿梭式過山車、礦山式過山車等等。
木制過山車的軌道類似于傳統(tǒng)的列車鐵軌。在大多數(shù)過山車中,車廂的輪子采用了與列車相同的凸緣設(shè)計(jì),即車輪內(nèi)部形成一個(gè)凹形結(jié)構(gòu),使車廂不致滾到軌道外面去。車廂還有另一組輪子(有的只是一根安全桿),它們?cè)谲壍老路綕L動(dòng)。這可以防止車廂飛到空中。
隨著20世紀(jì)50年代鋼管軌道的引入,過山車領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。顧名思義,鋼管軌道由一對(duì)很長的鋼管組成。支撐這些鋼管的是一個(gè)堅(jiān)固的上層結(jié)構(gòu),它重量較輕,是由比軌道鋼管稍粗的鋼管或梁搭建而成的?!≡阡撝七^山車中,列車車輪一般由聚亞安酯或尼龍制成。除了有傳統(tǒng)的車輪安置在鋼管軌道的正上方,車廂還有其他一些車輪,分別運(yùn)行于軌道的底部和側(cè)面。這種設(shè)計(jì)使車廂能夠穩(wěn)固地卡在軌道上,這在列車穿過軌道的盤旋和彎道時(shí)是極為重要的。在緊張的行駛過程中,這些輪子確保過山車不會(huì)脫離軌道。
過山車的輪子一般是由聚亞安酯或尼龍制成的,但是這種材料在高速行駛中磨損得很快,所以研制一種新型高質(zhì)量的材料成為過山車設(shè)計(jì)者們急于解決的問題。
在鋼制過山車中,列車車廂既可以像傳統(tǒng)的木制過山車那樣停留在軌道上,也可以像滑雪纜車那樣,吊掛在車廂頂部的軌道上。在懸掛式過山車中,懸掛的列車能以一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)接頭為軸進(jìn)行擺動(dòng),從而增加了一種向兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)。而在懸掛翻轉(zhuǎn)式過山車中,懸掛的列車則穩(wěn)固地連接在軌道上,使設(shè)計(jì)師能更準(zhǔn)確地控制車廂的運(yùn)動(dòng)方式。
與木制軌道不同,鋼管軌道不是由各個(gè)小部件組裝而成的。與使用預(yù)制鋼梁的摩天大樓類似,它是由一些曲線型的大型模塊預(yù)制的。通過鋼制造工藝可生產(chǎn)出平滑的曲線型軌道,使過山車能沿軌道坡度向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。在木制過山車中,當(dāng)車體滾過連接木制軌道各部件的接頭時(shí)會(huì)發(fā)出嘎嘎聲,使運(yùn)行過程產(chǎn)生停頓感。而在鋼制過山車中,軌道的各個(gè)部件被完美地焊接在一起,使車體的運(yùn)行極為平穩(wěn)。任何一位過山車愛好者都會(huì)告訴您,每種感受都有與眾不同的魅力。
歷史最悠久的公司是猶他州克利爾菲爾德的飛箭動(dòng)力公司(Arrow Dynamics,現(xiàn)已被S&S Power收購),該公司以其生產(chǎn)的環(huán)狀軌道的巨大落差和突然轉(zhuǎn)向而著稱。
世界十大最快過山車
第一位:Formula Ross過山車。 位于法拉利主題公園,它以150英里每小時(shí)的告訴刷新了全球過山車的速度記錄。它采用了戰(zhàn)機(jī)起飛的液壓裝置啟動(dòng),因此能夠在5秒內(nèi)以最高速帶你一飛沖天。
第二位:Kingda Ka。 位于新澤西州,高度超過450英尺,在短短的4秒內(nèi),過山車即可達(dá)到128英里每小時(shí),在登頂之后,立即會(huì)以螺旋狀沖下400英尺高的地面。
第三位:Top Thrill Dragster 。 它位于俄亥俄州的Cedar Point 公園,正如它的名字,乘坐它,你會(huì)有種駕駛賽車的感覺,準(zhǔn)備開始的時(shí)候會(huì)發(fā)出隆隆的引擎聲,它高度超過400英尺,4秒內(nèi)能達(dá)到120英里每小時(shí)的高速。
第四名:Dodanpa 。 日本富士山及吉田市的Fuji-Q富士急高原公園內(nèi)的Dodonpa終極飛車,雖然不是最快的飛車,全程不足1分鐘,但兩秒內(nèi)加速都以每小時(shí)107英里的高速絕對(duì)讓你嘆為觀止。
第五位:Ring Racer。 它位于德國,Ring Racer 的時(shí)速為106英里,啟動(dòng)三秒后可達(dá)到最高時(shí)速。斥資一千七百萬美元建造。
第六位:Superman :Escape from Krypton。 同樣是時(shí)速100英里的它是90年代全球最快的過山車,后再2011年更名。倒轉(zhuǎn)行駛,增加未知感讓人跟家恐懼。
第七位:Tower of Terror 。澳洲Conmera 的Dreamworld公園呢的Tower of Terror過山車,全車只有30秒,不過絕對(duì)會(huì)讓你為之瘋狂。他以時(shí)速100英里帶你沖上400英尺高的塔頂,燙后瞬間沖向地面。
第八位:Steel Dragon 2000. 它位于日本長島町的長島溫泉樂園,時(shí)速95英里,以超過8000英尺的長度獲得"全球軌道最長的過山車"稱號(hào)。
第九位:Millennium Force 。 位于美國的俄亥俄州的Sandusky的Cendar Point公園。時(shí)速達(dá)到93英里每小時(shí)。它俯視北美五大湖之一的伊利湖。
第十位:Leviathan 。 坐落于加拿大的Vaughan市,行駛速度達(dá)到92英里每小時(shí)。俯沖角度80度。