张义勇

一、过山车运行原理

1.起步

过山车本身没有动力来源，要走完全程就必须储备足够的能量——重力势能.运行伊始，过山车都要先爬上一段陡坡，随着过山车高度的不断增加，其储备的重力势能也逐渐增加.

过山车爬坡的动力来源于外部的电动机：首段上升坡道中的锯齿状链条（图1）在外部电动机的带动下持续运转，它能钩住过山车的底部，并将其拉到坡道顶端.就这样，电动机通过链条带动过山车上升并对其做功，将消耗的电能转化为过山车的机械能.

2.下坡

当过山车越过第一个坡顶后，它将转而迅速下降（如图2的AB段，假设过山车向右运行）.随着过山车高度的不断降低，其运行速度迅速增大，在这个过程中过山车的重力势能转化为动能.

3.上坡

当过山车上坡时（图2的BC段），随着过山车高度的逐渐增加，其运行速度逐渐减小，在这个过程中，过山车的动能转化为重力势能.

4.回环

惊险刺激的过山车轨道中往往有一个甚至多个“回环”（图2中的圆环），在过山车行驶的过程中，它可以迅速地“冲过”圆环的制高点C.车内的乘客在越过C点时可是头朝下脚朝上的，车内的乘客会掉下来吗？

要解决这个疑问，我们可以参考一个游戏——水流星（图3）.表演者用绳子系住装水的水桶，当他拉着绳使水桶在竖直平面内高速转动时，水桶中的水也不会流出来.这种神奇的现象来源于“向心力”.

要使物体沿着圆弧轨道做圆周运动，它所受的合外力就要指向圆心……