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    有趣的機械知識:為什么過山車的回環不是圓形的?

    • 分類:新聞中心
    • 作者:直觀學機械
    • 來源:互聯網
    • 發布時間:2022-07-13 14:48
    • 訪問量:

    【概要描述】過山車(又稱為云霄飛車),是一種機動游樂設施,常見于游樂園和主題樂園中。過山車雖然驚悚恐怖,但是基本上是非常安全的設施,深受很多年輕游客的喜愛。?美國發明家、商人拉馬庫斯·阿德納·湯普森是第一個注冊過山車相關專利技術的人(1885年1月20日),并曾制造過數10個過山車設施,因此被譽稱為"重力之父"。?過山車構造包含了爬升、滑落、倒轉(兒童過山車沒有倒轉),其軌道的設計不一定是一個完整的回圈,也可

    有趣的機械知識:為什么過山車的回環不是圓形的?

    【概要描述】過山車(又稱為云霄飛車),是一種機動游樂設施,常見于游樂園和主題樂園中。過山車雖然驚悚恐怖,但是基本上是非常安全的設施,深受很多年輕游客的喜愛。?美國發明家、商人拉馬庫斯·阿德納·湯普森是第一個注冊過山車相關專利技術的人(1885年1月20日),并曾制造過數10個過山車設施,因此被譽稱為"重力之父"。?過山車構造包含了爬升、滑落、倒轉(兒童過山車沒有倒轉),其軌道的設計不一定是一個完整的回圈,也可

    • 分類:新聞中心
    • 作者:直觀學機械
    • 來源:互聯網
    • 發布時間:2022-07-13 14:48
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    過山車(又稱為云霄飛車),是一種機動游樂設施,常見于游樂園和主題樂園中。過山車雖然驚悚恐怖,但是基本上是非常安全的設施,深受很多年輕游客的喜愛。

     

    美國發明家、商人拉馬庫斯·阿德納·湯普森是第一個注冊過山車相關專利技術的人(1885年1月20日),并曾制造過數10個過山車設施,因此被譽稱為"重力之父"。

     

    過山車構造包含了爬升、滑落、倒轉(兒童過山車沒有倒轉),其軌道的設計不一定是一個完整的回圈,也可以設計為車體在軌道上的運行方式為來回移動。大部分過山車的每個乘坐車廂可容納2人、4人或6人8人,這些車廂利用勾子相互連結起來,就像火車一樣。從最基本的層面來看,過山車不過是一部利用重力和慣性使列車沿蜿蜒軌道行進的機器。

     

    過山車是一項富有刺激性的娛樂工具,那種風馳電掣、有驚無險的快感令不少人著迷。如果你對物理學感興趣的話,過山車的運動包含了許多物理學原理,是由能量守恒、加速度和力交織在一起產生的效果。

     

    在剛剛開始時,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"發動機"是重力勢能,即由勢能轉化為動能、又由動能轉化為重力勢能,這樣一種不斷轉化的過程構成的。

     

    過山車勢能在處于最高點時達到了最大值,也就是當它爬升到"山丘"的頂峰時最大。當過山車開始下降時,它的勢能就不斷地減少(因為高度下降了),但能量不會消失,而是轉化成了動能,也就是運動的能量。不過,在能量的轉化過程中,由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產生了熱量,從而損耗了少量的機械能(動能和勢能)。這就是為什么在設計中隨后的小山丘比開始時的小山丘略矮一點的原因。

     

    過山車的豎直立環是一種離心機裝置,當列車接近回環時,乘客的慣性速度筆直地指向前方。但車廂一直沿軌道行進,使乘客的身體無法按直線運動。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生慣性力,使乘客即使在頭朝下時也能牢牢地停留在車廂的底部。當然乘客需要某種安全護具來保證自己的安全,但在大多數大回環中,無論有沒有護具,乘客都會停留在車廂中。

     

    在大回環中,豎直加速度的強度是由兩個因素決定的:列車的速度和彎道的角度。當列車進入回環時,它擁有最大的動能,它以最快的速度移動。在回環的頂部,重力已經在一定程度上降低了列車的速度,所以列車擁有更多的勢能,但動能減少了,它以較低的速度移動,但速度不能夠低于某一個安全行駛的速度。

     

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    過山車的設計師們最早采用的是正圓形回環。在這種設計中,一路上的彎道角度是一個常數。為了在回環頂部產生足夠的豎直加速度以壓迫列車緊貼軌道,設計師們必須讓列車以相當快的速度進入回環(如此可使列車在回環頂部仍能快速行進)。更快的速度意味著乘客在進入回環時會受到更大的作用力,而這可能會讓乘客很不舒服。

     

    一旦過山車走完了它的行程,制動裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由制動氣缸中氣體的壓力來控制的。

     

    從1842年過山車誕生時,一直到1900年代早期,其實那時的過山車回環,還基本是一個正圓。但問題來了,這樣的設計,雖然漂亮,但在轉彎的瞬間,最高可以給乘客施加高達14G的夸張重力要知道,即使是宇航員和戰斗機飛行員,最大也就承受10G的瞬時重力。

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