當(dāng)我們坐在游樂場的過山車上時，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?其實這里面蘊含了豐富的力學(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候，我們會發(fā)現(xiàn)車子要經(jīng)歷一個長長的水平軌道。在這個軌道上，我們的速度在不斷地加快，最后才會進入弧形軌道。

簡單地說，水平軌道的作用是用來增加我們的速度。你可不要小看這個加速的過程，如果過山車在進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

當(dāng)過山車在軌道上劃出一個又一個大圓圈的時候，乘客之所以既不會從車上掉下來也不會被甩出去，是因為我們的身體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名字，叫作向心力。

所有做曲線運動的物體，都會受到向心力的作用。

我們可以用繩子系上一個小球，用力轉(zhuǎn)動繩子，使小球在豎直平面上劃圓圈。當(dāng)我們用力不夠大的時候，繩子會松弛，小球就會落下來。

這是因為，小球轉(zhuǎn)動的速度太小，導(dǎo)致向心力太大，這種現(xiàn)象叫做向心運動

坐過山車為什么不會掉下來的原因：具有向心力。

對于在做圓周運動的物體，向心力是一種拉力，其方向隨著物體在圓周軌道上的運動而不停改變。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。實際上它可是某種性質(zhì)的一個力，或某個力的分力，還可以是幾個不同性質(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，過山車的小列車是依靠一個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。事實上，從這時起，帶動它沿軌道行駛的唯一的“發(fā)動機”將是引力熱能，即由引力熱能轉(zhuǎn)化為動能、又由動能轉(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時達到了最大值，也就是當(dāng)它爬升到“山丘”的頂峰時最大。當(dāng)過山車開始下降時，它的勢能就不斷地減少(因為高度下降了)，但它不會消失，而是轉(zhuǎn)化成了動能，也就是運動能。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械能(動能和勢能)。這就是為什么在設(shè)計中隨后的小山丘比開始時的小山丘那樣的高度所需要的機械能了。

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。事實豐，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最后一節(jié)車廂通過最高點時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到和跨越最高點，從而就會產(chǎn)生一種要被拋離的感覺，因為質(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，否則在到達頂峰附近時，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)量中心越過高點被引力推動。

到達“瘋狂之圈”時，沿直線軌道行進的過山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時，乘客就會有一種被壓到軌道上的感覺，因為這時產(chǎn)生了一種表觀的離心力。事實上，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”引力的制動效應(yīng)。當(dāng)過山車達到圓形軌道的最高點時，事實上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時，這種現(xiàn)象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機械制動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。