過山車背後的物理小知識，你知道多少？

撰文/周曉秋

本文節選自《知識就是力量》8月刊

遊樂園是孩子們的快樂王國，走進遊樂園，過山車那充滿驚險的三維空間超高速運動，往往最能激起青少年探險的興趣。

但是你知道嗎，在你的尖叫聲與歡笑聲中，其實已經和經典物理學的奠基人牛頓不期而遇了很多次。想知道你都在哪裡遇到過牛頓大神嗎？快看過來，這就為你揭秘！

1沒有動力為什麼也能全程快速滑行？

過山車亦稱雲霄飛車，雖然全球的過山車種類繁多，但無論哪一種，其本身都無動力。雖然過山車沒有動力，但它的速度卻並不低，最高時速可達240千米。有的過山車從130多米的高空俯衝下來，百公里加速僅需1秒，而世界名車法拉利也需3.1秒。

那麼，過山車的動力究竟源自哪裡呢？原來，過山車起步時依靠機械牽引或彈射等方式，使它從整條軌道最低處爬升到最高點，將其他形式的能量轉換成過山車最大的重力勢能—這就是過山車走完全程所需的全部能量。而重力勢能的形成，是因為物體間都存在著相互吸引的力—萬有引力。

過山車沒有動力也能達到很高的速度，這是因為處在制高點上的過山車在重力作用下，獲得了向下的加速度。牛頓第二定律就揭示了力的這種作用效果。隨著過山車從最高點快速滑下，其勢能快速減小，動能快速增大。到達最低點時，根據能量守恆定律，過山車的能量不會消失，而是將勢能全部轉換為過山車的動能（忽略摩擦及空氣阻力）。當運動到最低點時，過山車並不會停下來，它藉助動能又衝上下一個的制高點，動能又迅即轉換為過山車的勢能。

另外，由於摩擦和空氣阻力並不能忽略，因此過山車要消耗一定的機械能來克服摩擦和空氣阻力。根據能量守恆，過山車的機械能會在運動中不斷減小。由於能量減小，而質量和重力加速度都未改變，所以過山車所能越過的制高點只能逐次降低了。

2倒懸為何有驚無險？

當過山車越過垂直立面軌道頂端時，人和車呈倒懸狀態，讓人驚恐不已。其實過山車通過倒懸路段時，做高速圓周運動的人和車都獲得了較大的慣性。在慣性作用下，人和車都緊貼著軌道運動。此時，即便取掉固定人和車的護具，人和車都不會掉下來。

當然，為安全起見，運行中不允許取掉任何安全護具。

看，我們在這些時候都與萬有引力的發現者牛頓相遇了。生活在處處有物理，只要你仔細思考就會發現哦！

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