过山车里的物理秘密

树环

过山车是一项富有刺激性的娱乐形式。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。

实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。

这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了。当然，如果你的身体条件和心理承受能力有限，无法亲身体验过山车带来的种种感受，那就不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。

开始时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的唯一“发动机”就是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程。

第一种能，即引力势能，是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当过山车爬升到“山丘”的顶峰时势能最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但并不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。

不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。……