過山車對(duì)于我們來說并不陌生，吸引了很多年輕人的目光和體驗(yàn)，小編也一樣，也很喜歡玩過山車。那么你們對(duì)于過山車有什么了解嗎?知道世界上最大的過山車在哪嗎?接下來跟隨小編一起，來看一下過山車的有關(guān)知識(shí)吧。

　　過山車 (游樂設(shè)施)

　　過山車(Roller coaster，或又稱為云霄飛車)，是一種機(jī)動(dòng)游樂設(shè)施，常見于游樂園和主題樂園中。拉馬庫斯·阿德納·湯普森(LaMarcus Adna Thompson)是第一個(gè)注冊(cè)過山車相關(guān)專利技術(shù)的人(1885年1月20日)，并曾制造過數(shù)10個(gè)過山車設(shè)施，因此被譽(yù)稱為“重力之父”(Father of Gravity)。過山車雖然驚悚恐怖，但是基本上是非常安全的設(shè)施。

　　主要原理

　　過山車是一項(xiàng)富有刺激性的娛樂工具。那種風(fēng)馳電掣、有驚無險(xiǎn)的快感令不少人著迷。如果你對(duì)物理學(xué)感興趣的話，那么在乘坐過山車的過程中不僅能夠體驗(yàn)到冒險(xiǎn)的快感，還有助于理解力學(xué)定律。實(shí)際上，過山車的運(yùn)動(dòng)包含了許多物理學(xué)原理，人們?cè)谠O(shè)計(jì)過山車時(shí)巧妙地運(yùn)用了這些原理。如果能親身體驗(yàn)一下由能量守恒、加速度和力交織在一起產(chǎn)生的效果，那感覺真是妙不可言。這次同物理學(xué)打交道不用動(dòng)腦子，只要收緊你的腹肌，保護(hù)好腸胃就行了。當(dāng)然，如果你受身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗(yàn)過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁仔細(xì)觀察過山車的運(yùn)動(dòng)和乘坐者的反應(yīng)。

　　在剛剛開始時(shí)，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(diǎn)的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動(dòng)力了。事實(shí)上，從這時(shí)起，帶動(dòng)它沿軌道行駛的唯一的“發(fā)動(dòng)機(jī)”將是重力勢(shì)能，即由勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、又由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構(gòu)成的。

　　第一種能，即重力勢(shì)能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，它是由于物體和地球的重力相互作用而產(chǎn)生的。對(duì)過山車來說，它的勢(shì)能在處于最高點(diǎn)時(shí)達(dá)到了最大值，也就是當(dāng)它爬升到“山丘”的頂峰時(shí)最大。當(dāng)過山車開始下降時(shí)，它的勢(shì)能就不斷地減少(因?yàn)楦叨认陆盗?，但能量不會(huì)消失，而是轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能，也就是運(yùn)動(dòng)的能量。不過，在能量的轉(zhuǎn)化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產(chǎn)生了熱量，從而損耗了少量的機(jī)械能(動(dòng)能和勢(shì)能)。這就是為什么在設(shè)計(jì)中隨后的小山丘比開始時(shí)的小山丘略矮一點(diǎn)的原因。

　　過山車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈(zèng)送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實(shí)上，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強(qiáng)烈。因?yàn)樽詈笠还?jié)車廂通過最高點(diǎn)時(shí)的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于重力作用于過山車中部的質(zhì)量中心的緣故。這樣，乘坐在最后一節(jié)車廂的人就能夠快速地達(dá)到和跨越最高點(diǎn)，從而就會(huì)產(chǎn)生一種要被拋離的感覺，因?yàn)橘|(zhì)量中心正在加速向。尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達(dá)頂峰附近時(shí)，小車廂就可能脫軌飛出去。

　　車頭部的車廂情況就不同了，它的質(zhì)量中心在“身后”，在短時(shí)間內(nèi)，它雖然處在下降的狀態(tài)，但是它要“等待”質(zhì)量中心越過高點(diǎn)被重力推動(dòng)。

　　過山車的豎直立環(huán)是一種離心機(jī)裝置，當(dāng)列車接近回環(huán)時(shí)，乘客的慣性速度筆直地指向前方。但車廂一直沿軌道行進(jìn)，使乘客的身體無法按直線運(yùn)動(dòng)。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(chǎn)生慣性力，使乘客即使在頭朝下時(shí)也能牢牢地停留在車廂的底部。當(dāng)然乘客需要某種安全護(hù)具來保證自己的安全，但在大多數(shù)大回環(huán)中，無論有沒有護(hù)具，乘客都會(huì)停留在車廂中。

　　當(dāng)列車沿著回環(huán)移動(dòng)時(shí)，作用在乘客身上的合力在不斷地變化。在回環(huán)的最底部，因?yàn)榧铀俣瘸?，所以軌道?duì)游客向上的支撐力要大于重力，此時(shí)游客可以感覺到超重的現(xiàn)象，即感覺特別沉重。當(dāng)一路沖上回環(huán)時(shí)，重力則把乘客向地板的方向推。所以乘客會(huì)感到重力將您向座位方向擠壓。

　　在回環(huán)的頂部，乘客完全倒轉(zhuǎn)了過來，指向地面的重力以及軌道的向下的支持力想把乘客拖出座位，但支持力和重力僅與離心力平衡，即提供運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)若是飛車的速度較小，小到所產(chǎn)生的離心力小于重力的話，飛車就會(huì)有掉落的危險(xiǎn)，所以，在回環(huán)頂部的時(shí)候要求有一定的速度以保證安全。同時(shí)也是由于離心力的存在，抵消了一部分重力，于是乘客會(huì)產(chǎn)生失重現(xiàn)象，感覺身體變得極輕。等列車駛出回環(huán)，沿水平方向行進(jìn)，乘客又會(huì)回到原來的重力。

　　大回環(huán)的魅力在于，它在短短的一段軌道中塞進(jìn)了豐富的元素。在幾秒鐘內(nèi)，作用在乘客身上的力不斷變化，從而讓人體驗(yàn)到各種不同的感覺。當(dāng)這些力作用于身體的各個(gè)部位時(shí)，眼睛會(huì)看到整個(gè)世界都倒了過來。對(duì)于許多過山車乘客而言，在回環(huán)頂部是整個(gè)運(yùn)行過程中最精彩的一刻，人們會(huì)感到身體輕如羽毛，眼中只能看到天空。

　　在大回環(huán)中，豎直加速度的強(qiáng)度是由兩個(gè)因素決定的：列車的速度和彎道的角度。當(dāng)列車進(jìn)入回環(huán)時(shí)，它擁有最大的動(dòng)能，也就是說，它以最快的速度移動(dòng)。在回環(huán)的頂部，重力已經(jīng)在一定程度上降低了列車的速度，所以列車擁有更多的勢(shì)能，但動(dòng)能減少了，也就是說它以較低的速度移動(dòng)，但速度不能夠低于某一個(gè)安全行駛的速度。

　　過山車的設(shè)計(jì)師們最早采用的是正圓形回環(huán)。在這種設(shè)計(jì)中，一路上的彎道角度是一個(gè)常數(shù)。為了在回環(huán)頂部產(chǎn)生足夠的豎直加速度以壓迫列車緊貼軌道，設(shè)計(jì)師們必須讓列車以相當(dāng)快的速度進(jìn)入回環(huán)(如此可使列車在回環(huán)頂部仍能快速行進(jìn))。更快的速度意味著乘客在進(jìn)入回環(huán)時(shí)會(huì)受到更大的作用力，而這可能會(huì)讓乘客很不舒服。

　　水滴形設(shè)計(jì)使這些力的平衡變得更加容易?；丨h(huán)頂部的彎道角度比回環(huán)側(cè)面更急促。這樣可以讓列車以足夠快的速度穿過回環(huán)，使之在回環(huán)頂部擁有充足的加速力，而且水滴形設(shè)計(jì)會(huì)在側(cè)面產(chǎn)生較小的豎直加速度。這提供了維持過山車一切運(yùn)行所需的力，而不致將過大的力施加在可能有危險(xiǎn)的部位。

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

　　歷史起源

　　如果說美國有一個(gè)過山車的搖籃，那么它就是紐約的科尼艾蘭。美國的第一部過山車1884年在這里誕生。對(duì)于過山車迷來說，這里是他們的“麥加圣城”?？颇岚m仍保留著1927年建造的最早的木質(zhì)過山車“颶風(fēng)號(hào)”(Crystal Beach Cyclone)。

　　中國的第一部過山車，位于香港海洋公園

　　今天木質(zhì)過山車產(chǎn)生的神奇效果是在上個(gè)世紀(jì)20年代所無法想象的。美國辛辛那提市附近的Kings Island游樂園里面有一個(gè)“Son of Beast”——“野獸之子”木質(zhì)過山車(有鋼支撐)開創(chuàng)了令人震撼的新高度，它高66米，長(zhǎng)2143米，最高時(shí)速126公里，上下有65米的落差，造價(jià)據(jù)估計(jì)2000萬美元，能同時(shí)供3輛過山車運(yùn)行，每輛可載36人。它甚至還有一段木質(zhì)過山車界唯一的垂直循環(huán)軌道，這是一個(gè)創(chuàng)舉，因?yàn)槿藗冊(cè)J(rèn)為這對(duì)木質(zhì)過山車來說是根本不可能的。不過最終還是因?yàn)榘踩系目紤](見下)于2006年12月拆除了這段垂直循環(huán)軌道。這座過山車也于2012年10月被完全拆除。

　　在過山車興起的早期，只有傳統(tǒng)的木質(zhì)過山車。今天，過山車家族已經(jīng)有約30名成員，包括金屬過山車、懸掛式過山車、豎立式過山車以及穿梭式過山車、礦山式過山車等等。

　　木制過山車的軌道類似于傳統(tǒng)的列車鐵軌。在大多數(shù)過山車中，車廂的輪子采用了與列車相同的凸緣設(shè)計(jì)，即車輪內(nèi)部形成一個(gè)凹形結(jié)構(gòu)，使車廂不致滾到軌道外面去。車廂還有另一組輪子(有的只是一根安全桿)，它們?cè)谲壍老路綕L動(dòng)。這可以防止車廂飛到空中。

　　隨著20世紀(jì)50年代鋼管軌道的引入，過山車領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。顧名思義，鋼管軌道由一對(duì)很長(zhǎng)的鋼管組成。支撐這些鋼管的是一個(gè)堅(jiān)固的上層結(jié)構(gòu)，它重量較輕，是由比軌道鋼管稍粗的鋼管或梁搭建而成的?！≡阡撝七^山車中，列車車輪一般由聚亞安酯或尼龍制成。除了有傳統(tǒng)的車輪安置在鋼管軌道的正上方，車廂還有其他一些車輪，分別運(yùn)行于軌道的底部和側(cè)面。這種設(shè)計(jì)使車廂能夠穩(wěn)固地卡在軌道上，這在列車穿過軌道的盤旋和彎道時(shí)是極為重要的。在緊張的行駛過程中，這些輪子確保過山車不會(huì)脫離軌道。

　　過山車的輪子一般是由聚亞安酯或尼龍制成的，但是這種材料在高速行駛中磨損得很快，所以研制一種新型高質(zhì)量的材料成為過山車設(shè)計(jì)者們急于解決的問題。

　　在鋼制過山車中，列車車廂既可以像傳統(tǒng)的木制過山車那樣停留在軌道上，也可以像滑雪纜車那樣，吊掛在車廂頂部的軌道上。在懸掛式過山車中，懸掛的列車能以一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)接頭為軸進(jìn)行擺動(dòng)，從而增加了一種向兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)。而在懸掛翻轉(zhuǎn)式過山車中，懸掛的列車則穩(wěn)固地連接在軌道上，使設(shè)計(jì)師能更準(zhǔn)確地控制車廂的運(yùn)動(dòng)方式。

　　與木制軌道不同，鋼管軌道不是由各個(gè)小部件組裝而成的。與使用預(yù)制鋼梁的摩天大樓類似，它是由一些曲線型的大型模塊預(yù)制的。通過鋼制造工藝可生產(chǎn)出平滑的曲線型軌道，使過山車能沿軌道坡度向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。在木制過山車中，當(dāng)車體滾過連接木制軌道各部件的接頭時(shí)會(huì)發(fā)出嘎嘎聲，使運(yùn)行過程產(chǎn)生停頓感。而在鋼制過山車中，軌道的各個(gè)部件被完美地焊接在一起，使車體的運(yùn)行極為平穩(wěn)。任何一位過山車愛好者都會(huì)告訴您，每種感受都有與眾不同的魅力。

　　歷史最悠久的公司是猶他州克利爾菲爾德的飛箭動(dòng)力公司(Arrow Dynamics，現(xiàn)已被S&S Power收購)，該公司以其生產(chǎn)的環(huán)狀軌道的巨大落差和突然轉(zhuǎn)向而著稱。

　　世界十大最快過山車

　　第一位：Formula Ross過山車。 位于法拉利主題公園，它以150英里每小時(shí)的告訴刷新了全球過山車的速度記錄。它采用了戰(zhàn)機(jī)起飛的液壓裝置啟動(dòng)，因此能夠在5秒內(nèi)以最高速帶你一飛沖天。

　　第二位：Kingda Ka。 位于新澤西州，高度超過450英尺，在短短的4秒內(nèi)，過山車即可達(dá)到128英里每小時(shí)，在登頂之后，立即會(huì)以螺旋狀沖下400英尺高的地面。

　　第三位：Top Thrill Dragster 。 它位于俄亥俄州的Cedar Point 公園，正如它的名字，乘坐它，你會(huì)有種駕駛賽車的感覺，準(zhǔn)備開始的時(shí)候會(huì)發(fā)出隆隆的引擎聲，它高度超過400英尺，4秒內(nèi)能達(dá)到120英里每小時(shí)的高速。

　　第四名：Dodanpa 。 日本富士山及吉田市的Fuji-Q富士急高原公園內(nèi)的Dodonpa終極飛車，雖然不是最快的飛車，全程不足1分鐘，但兩秒內(nèi)加速都以每小時(shí)107英里的高速絕對(duì)讓你嘆為觀止。

　　第五位：Ring Racer。 它位于德國，Ring Racer 的時(shí)速為106英里，啟動(dòng)三秒后可達(dá)到最高時(shí)速。斥資一千七百萬美元建造。

　　第六位：Superman ：Escape from Krypton。 同樣是時(shí)速100英里的它是90年代全球最快的過山車，后再2011年更名。倒轉(zhuǎn)行駛，增加未知感讓人跟家恐懼。

　　第七位：Tower of Terror 。澳洲Conmera 的Dreamworld公園呢的Tower of Terror過山車，全車只有30秒，不過絕對(duì)會(huì)讓你為之瘋狂。他以時(shí)速100英里帶你沖上400英尺高的塔頂，燙后瞬間沖向地面。

　　第八位：Steel Dragon 2000. 它位于日本長(zhǎng)島町的長(zhǎng)島溫泉樂園，時(shí)速95英里，以超過8000英尺的長(zhǎng)度獲得"全球軌道最長(zhǎng)的過山車"稱號(hào)。

　　第九位：Millennium Force 。 位于美國的俄亥俄州的Sandusky的Cendar Point公園。時(shí)速達(dá)到93英里每小時(shí)。它俯視北美五大湖之一的伊利湖。

　　第十位：Leviathan 。 坐落于加拿大的Vaughan市，行駛速度達(dá)到92英里每小時(shí)。俯沖角度80度。