过山车的原理是什么？

分析:

事实上，从现在开始，驱动它沿着轨道前进的唯一“引擎”将是引力势能，即势能转化为动能和动能转化为势能的过程。

第一种能量，即引力势能，是物体因其位置而拥有的能量，是物体与地球的引力相互作用产生的。对于过山车来说，它的势能在最高点，也就是爬到山顶的时候达到最大。

过山车开始下降时，其势能不断减小(因为高度降低)，但能量并没有消失，而是转化为动能，即运动的能量。

但是，在能量转换的过程中，由于过山车的轮子与轨道之间的摩擦而产生热量，从而损失了少量的机械能(动能和势能)。这也是为什么设计中跟随丘比特的小山一开始略矮的原因。

过山车的最后一节车厢，是过山车送给勇敢乘客的最激动人心的礼物。事实上，坠落的感觉在过山车的后车厢最强烈。因为最后一节车厢通过最高点的速度比过山车头部的车厢快，这是因为重力作用在过山车中间的质心上。

这样，乘坐最后一节车厢的人就能快速到达并越过最高点，从而产生一种被抛离的感觉，因为质心在加速。后车的车轮要牢牢地固定在轨道上，否则车到顶峰可能会脱轨飞出。

车头的车情况就不一样了。它的质心在“后面”。短时间内，虽然处于下降状态，但要“等待”质心越过高点，受到重力推动。

过山车的垂直竖环是一种离心装置。当列车接近环线时，乘客的惯性速度指向正前方。但是，车厢一直沿着轨道行驶，乘客的身体不可能直线运动。

因此重力将乘客推离车厢地板，而惯性将乘客推向地板。乘客自身向外的惯性产生惯性力，使乘客即使头朝下也能稳稳地呆在车厢底部。当然，乘客需要某种安全保护来保证自身安全，但在大多数大环线中，无论有无保护，乘客都会留在车厢内。

当列车沿环线运行时，作用在乘客身上的合力是不断变化的。在回路底部，因为加速度向上，轨道对游客的支撑力大于重力。这时候游客就能感觉到超重，就是感觉特别重。

当一路冲向环路时，重力将乘客推向地板。所以乘客会感觉到重力将你推向座位。

在循环的顶端，乘客是完全相反的。指向地面的重力和轨道向下的支撑力想把乘客从座位上拽出来，但支撑力和重力只是和离心力平衡，也就是提供运动所需的向心力。这时，如果飞行汽车的速度很小，以至于产生的离心力小于重力，飞行汽车就会有坠落的危险。

所以在环路顶端需要一定的速度，以保证安全。同时由于离心力的存在，抵消了一部分重力，所以乘客会有失重感，感觉特别轻。当列车离开环路水平行驶时，乘客会回到原来的重力状态。

大圆的魅力就在于它在一个短短的轨迹中充满了丰富的元素。在几秒钟内，作用在乘客身上的力是不断变化的，让人体验到不同的感受。

当这些力作用于身体的各个部位时，眼睛会看到整个世界颠倒过来。对于很多过山车乘客来说，循环的顶端是整个运行过程中最精彩的时刻。人会觉得轻如鸿毛，眼里只看到天空。

在大环线中，垂直加速度的强度由两个因素决定:列车的速度和曲线的角度。当火车进入环路时，它的动能最大，也就是以最快的速度运动。

在环的顶端，重力在一定程度上降低了火车的速度，所以火车的势能多了，但动能少了，也就是说，它以较低的速度运动，但速度不能低于某个安全行驶速度。过山车的设计者首先采用了圆形环。在这种设计中，一路上的拐角角度是常数。

为了在环路顶部产生足够的垂直加速度，使列车紧贴轨道，设计师必须让列车以相当快的速度进入环路(这样列车在环路顶部仍能快速行驶)。更快的速度意味着乘客在进入环路时会受到更大的力，这可能会让乘客非常不舒服。

水滴形设计更容易平衡这些力。线圈顶部的弯曲角度比线圈侧面的弯曲角度更尖锐。

这样列车就能以足够快的速度通过环线，使其在环线顶部有足够的加速力，水滴形的设计会在侧面产生很小的垂直加速度。这提供了维持过山车的所有操作所需的力，而不会对潜在的危险部件施加过大的力。

一旦过山车完成了它的旅程，刹车装置将非常安全地停止过山车。减速速度由制动缸中的气压控制。

扩展数据:

过山车分类:

1，木质过山车:木质过山车的轨道类似于传统火车轨道。过山车的金属轮在扁平的金属条上滚动，每条金属条的宽度为10至15厘米。这种金属条是用螺丝固定在运行轨道上的，运行轨道是用胶合木板做成的，非常坚固。另一方面，赛道主要是陡坡和侧旋，很少会有翻盘。

2、扭转过山车:一种坐式过山车，一般占地面积较小，有多种不同的轨道，极其弯曲。著名的B& amp；m公司就是以这种过山车出名的。

3、站立扭转过山车:乘客以站立的方式乘坐过山车，滚动时全身都能感受到体内血液的涌动。

4、超级麻花过山车(也叫MEGA过山车):虽然叫“麻花过山车”，但是并没有翻过来，只剩下一些斜坡。这样乘客就能感受到强烈的失重感。一般占地面积大，价格贵，可以算是木质过山车的升级钢版。

5.发射过山车(也称高度超过120米的分级过山车):一般高坡度的过山车都是通过液压轮或LIM驱动冲上100米左右的高坡度或其他轨道要素。目前，这座过山车拥有世界上最高过山车的称号。

6、飞行滑板:冲浪板形状的过山车，由LIM驾驶，在U型轨道上来回穿梭。

7.球形过山车:车的两边都有座位，可以自由旋转的过山车。赛道长度一般不超过200米。

8.儿童(迷你、家庭)过山车:落差小、坡度小、速度快的过山车，适合儿童乘坐。

9.水上过山车:可以溅起极高的无法抗拒的水的过山车。一般整个过山车建筑都建在水池里，长度也不长。

10，垂直下落过山车，下落过山车:带超宽车厢，通常一排8到10人，垂直下落90度，下落前通常有带链条的区间刹车(90度坡前有短暂停留，然后突然冲下。)

11，螺旋式过山车:一种坐式过山车，以螺旋状的螺旋为特征。

12、摩托车过山车:车厢做成马或摩托车的形状，让你体验高速骑行的快感。

13、塔式过山车:垂直升降的过山车。当它被举到顶部时，它立即转向地面并将其释放。通常俯冲角度会大于90度，而且车厢更小，扭转更快。这是一个非常刺激的过山车。

14，多维(4D)过山车:一种高科技过山车。座椅挂在主车厢外面，可以随着轨道的设计独立翻转。此外，主车厢随轨道翻转，给人不一样的乘坐体验。世界上只有三套4D过山车，一套在美国的六旗魔山，一套在日本的富士紧急公园，第三套在中国常州的中华恐龙公园。

15、宽翼过山车:主车体两侧有座位的过山车。乘客将体验到在没有轨道覆盖的空中上下飞行的感觉。与4D过山车不同，宽翼过山车的座位不会单独翻转。

目前国内已开通的宽翼过山车有3座，在建的有4座(已开通的3座宽翼过山车分别位于珠海长隆海洋王国、重庆欢乐谷、七彩云南欢乐世界)。

16，X车过山车:对人约束少的过山车。这种过山车只采用体育场式的开放式座椅，安全装置只压住腰部使其无法移动。此外，骑手的其他身体部位都是自由的，给人一种开放的骑行感觉。

17，翻车脉冲过山车:用LIM驱动在两条垂直轨道之间来回穿梭。

18，翻车过山车:环形轨道，多次翻滚。这种车挂在没有地板的轨道下，骑行时双脚悬空，让乘客感觉像是在乘坐急速扭转的战斗机。

19，飞行过山车:B&；M的招牌过山车之一，人趴着坐这个过山车，可以自由张开双臂，就像飞鸟一样。

20、悬挂摇摆过山车:转弯时会产生离心运动，车厢可以自由摇摆的过山车。

21，VR过山车:一种虚拟现实的过山车体验，不限于过山车的户外风光。

参考资料:

百度百科-过山车