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12/1/20221大家都坐过过山车和跳楼机吧！那种奇大家都坐过过山车和跳楼机吧！那种奇妙的感觉真是让人激动又害怕。可是，妙的感觉真是让人激动又害怕。可是，你有没有想过，游乐场中许多的游戏都你有没有想过，游乐场中许多的游戏都蕴含着物理知识。今天，就让我们一起蕴含着物理知识。今天，就让我们一起去探求一下吧！去探求一下吧！12/1/20222大家都坐过先给大家看一些世界各地“有趣”的游乐场游戏！12/1/20223过山车过山车过山车12/1/20224最刺激娛樂項目：最刺激娛樂項目：西班牙的西班牙的“觀音坐蓮觀音坐蓮”12/1/20225最刺激娛樂項目：最刺激娛樂項目：美國公園的美國公園的“人肉螺旋漿人肉螺旋漿”12/1/20226最刺激娛樂項目：最刺激娛樂項目：美國大峽谷的美國大峽谷的“死亡電單車死亡電單車”12/1/20227最刺激娛樂項目：加拿大公園的最刺激娛樂項目：加拿大公園的“雲霄飛車雲霄飛車”12/1/20228這樣的雲霄飛車不知是要飛去哪里這樣的雲霄飛車不知是要飛去哪里12/1/20229這樣的遊戲你敢玩嗎這樣的遊戲你敢玩嗎?12/1/20221012/1/202211最刺激娛樂項目：高空遊樂園最刺激娛樂項目：高空遊樂園12/1/202212最刺激娛樂項目：美國迪士尼公園的最刺激娛樂項目：美國迪士尼公園的“升空電梯升空電梯”12/1/202213最刺激娛樂項目：最刺激娛樂項目：KBKB的的“火山地獄艇火山地獄艇”12/1/202214最刺激娛樂項目：最刺激娛樂項目：美國最著名的美國最著名的“死亡跑道死亡跑道”12/1/202215最刺激娛樂項目：美國的最刺激娛樂項目：美國的“瀑布飛船瀑布飛船”12/1/202216這種過山車你敢坐麼？這種過山車你敢坐麼？12/1/20221712/1/20221812/1/20221912/1/20222012/1/20222112/1/202222中国的过山车中国的过山车是全球最昂贵的过山车是全球最昂贵的过山车和游乐设施。垂直过山和游乐设施。垂直过山车最高落差达车最高落差达8080米，米，相当于相当于3030多层楼高，多层楼高，为美国境外垂直下落距为美国境外垂直下落距离最高的垂直过山车，离最高的垂直过山车，轨道全长超过轨道全长超过1 1公里，公里，为世界上最长的垂直过为世界上最长的垂直过山车。山车。广州长隆欢乐世界广州长隆欢乐世界的垂直过山车的垂直过山车12/1/202223中国的过山车中国的过山车占地一万平米、占地一万平米、全长八百八十八全长八百八十八米的悬挂式神舟米的悬挂式神舟过山车，堪称亚过山车，堪称亚洲最大洲最大 北京石景山游乐园北京石景山游乐园 的神舟过山车的神舟过山车12/1/202224中国的过山车中国的过山车谷木游龙：亚洲最长、中国首台木质过山车。在长达约1.2公里的惊险征程中，木块撞击的轰鸣声令人感受到穿越原始丛 林上海欢乐谷上海欢乐谷 的木制过山车的木制过山车12/1/202225中国的过山车中国的过山车南京浦口珍珠泉公南京浦口珍珠泉公园的园的过山车过山车这座彩色四环过山车，轨道全长688米，最高处33米，最大时速达到75公里。12/1/2022261 1 美國皇家峽谷懸索橋蹦極，美國皇家峽谷懸索橋蹦極，321321米米蹦极蹦极12/1/2022272 2 中國澳門旅遊塔蹦極，中國澳門旅遊塔蹦極，233233米米蹦极蹦极12/1/20222812/1/20222912/1/20223012/1/20223112/1/20223212/1/20223312/1/20223412/1/20223512/1/20223612/1/20223712/1/20223812/1/20223912/1/202240过山车、蹦极、过山车、蹦极、跳楼机、摩天轮跳楼机、摩天轮中的物理知识中的物理知识12/1/20224112/1/202242在刚刚开始时，过山车的小列车是依靠一个机械装置的推在刚刚开始时，过山车的小列车是依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，带动它沿置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿轨道轨道行行驶的唯一的驶的唯一的“发动机发动机”将是引力将是引力势能势能，即由势能转化为，即由势能转化为动动能能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。成的。第一种能，即引力第一种能，即引力势能势能是物体因其所处位置而自身拥有的是物体因其所处位置而自身拥有的能量，它是由于物体和地球的引力相互作用而产生的。对能量，它是由于物体和地球的引力相互作用而产生的。对过山车来说，它的过山车来说，它的势能势能在处于最高点时达到了最大值，也在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到就是当它爬升到“山丘山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的降时，它的势能势能就不断地减少（因为高度下降了），但能就不断地减少（因为高度下降了），但能量不会消失，而是转化成了量不会消失，而是转化成了动能动能，也就是运动的能量。不，也就是运动的能量。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道轨道的摩的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能动能和和势能势能）。这就是为什么在设计中随后的小山丘比开始时的小山丘。这就是为什么在设计中随后的小山丘比开始时的小山丘略矮一点的原因。略矮一点的原因。12/1/202243过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的是由于引力作用于过山车中部的质量中心质量中心的缘故。的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能够快速地达这样，乘坐在最后一节车厢的人就能够快速地达到和跨越最高点，从而就会产生一种要被抛离的到和跨越最高点，从而就会产生一种要被抛离的感觉，因为感觉，因为质量中心质量中心正在加速向。尾部车厢的车正在加速向。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轮是牢固地扣在轨道轨道上的，否则在到达顶峰附近上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨飞出去。时，小车厢就可能脱轨飞出去。车头部的车厢情况就不同了，它的车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心质量中心在在“身后身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要但是它要“等待等待”质量中心越过高点被引力推动。质量中心越过高点被引力推动。12/1/202244过山车的竖直立环是一种离心机装置，当列车接近过山车的竖直立环是一种离心机装置，当列车接近回环时，乘客的回环时，乘客的惯性惯性速度笔直地指向前方。但车厢速度笔直地指向前方。但车厢一直沿一直沿轨道轨道行进，使乘客的身体无法按直线运动。行进，使乘客的身体无法按直线运动。于是于是重力重力推着乘客离开车厢的地板，而推着乘客离开车厢的地板，而惯性惯性则将乘则将乘客向地板方向挤压。乘客本身的外向客向地板方向挤压。乘客本身的外向惯性惯性产生惯性产生惯性力，使乘客即使在头朝下时也能牢牢地停留在车厢力，使乘客即使在头朝下时也能牢牢地停留在车厢的底部。当然乘客需要某种安全护具来保证自己的的底部。当然乘客需要某种安全护具来保证自己的安全，但在大多数安全，但在大多数大回环大回环中，无论有没有护具，乘中，无论有没有护具，乘客都会停留在车厢中。客都会停留在车厢中。当列车沿着回环移动时，作用在乘客身上的当列车沿着回环移动时，作用在乘客身上的合力合力在在不断地变化。在回环的最底部，因为加速度朝上，不断地变化。在回环的最底部，因为加速度朝上，所以所以轨道轨道对游客向上的支撑力要大于对游客向上的支撑力要大于重力重力，此时游，此时游客可以感觉到超重的现象，即感觉特别沉重。当一客可以感觉到超重的现象，即感觉特别沉重。当一路冲上回环时，路冲上回环时，重力重力则把乘客向地板的方向推。所则把乘客向地板的方向推。所以乘客会感到以乘客会感到重力重力将您向座位方向挤压。将您向座位方向挤压。12/1/202245在回环的顶部，乘客完全倒转了过来，指向地面的在回环的顶部，乘客完全倒转了过来，指向地面的重力重力以及以及轨道轨道的向下的支持力想把乘客拖出座位，但支持力的向下的支持力想把乘客拖出座位，但支持力和重力仅与离心力平衡，即提供运动所需的向心力，此和重力仅与离心力平衡，即提供运动所需的向心力，此时若是飞车的速度较小，小到所产生的离心力小于重力时若是飞车的速度较小，小到所产生的离心力小于重力的话，飞车就会有掉落的危险，所以，在回环顶部的时的话，飞车就会有掉落的危险，所以，在回环顶部的时候要求有一定的速度以保证安全。同时也是由于离心力候要求有一定的速度以保证安全。同时也是由于离心力的存在，抵消了一部分的存在，抵消了一部分重力重力，于是乘客会产生失重现象，于是乘客会产生失重现象，感觉身体变得极轻。等列车驶出回环，沿水平方向行进，感觉身体变得极轻。等列车驶出回环，沿水平方向行进，乘客又会回到原来的乘客又会回到原来的重力重力。在在大回环大回环中，竖直加速度的强度是由两个因素决定的：中，竖直加速度的强度是由两个因素决定的：列车的速度和弯道的角度。当列车进入回环时，它拥有列车的速度和弯道的角度。当列车进入回环时，它拥有最大的最大的动能动能，也就是说，它以最快的速度移动。在回环，也就是说，它以最快的速度移动。在回环的顶部，的顶部，重力重力已经在一定程度上降低了列车的速度，所已经在一定程度上降低了列车的速度，所以列车拥有更多的以列车拥有更多的势能势能，但，但动能动能减少了，也就是说它以减少了，也就是说它以较低的速度移动，但速度不能够低于某一个安全行驶的较低的速度移动，但速度不能够低于某一个安全行驶的速度。速度。12/1/20224612/1/20224712/1/202248我们在跳楼机中自由下落时，我们在跳楼机中自由下落时，会感受到一种会感受到一种失重失重状态，就状态，就好像航天员在穿梭机中漂浮好像航天员在穿梭机中漂浮着一样。为甚么物体在着一样。为甚么物体在引力引力下自由下落时会失去重力？下自由下落时会失去重力？这又与太空中的失重状态有这又与太空中的失重状态有什么相似的地方呢？什么相似的地方呢？12/1/202249首先想一想为什么我们平日会感首先想一想为什么我们平日会感受到身体的重力。根据受到身体的重力。根据牛顿牛顿的的万万有引力定律有引力定律，地球对我们的身体，地球对我们的身体产生引力产生引力 。但原来地面对我们的。但原来地面对我们的身体也产生一个支持力，引力与身体也产生一个支持力，引力与支持力大小相等并互相支持力大小相等并互相平衡平衡，我，我们才得以安然地站在地上不动。们才得以安然地站在地上不动。如果假想支持力消失，我们便会如果假想支持力消失，我们便会随引力下落，掉进地球的中心了！随引力下落，掉进地球的中心了！这两个方向相反的力对我们的身这两个方向相反的力对我们的身体组织产生一种压力，使我们感体组织产生一种压力，使我们感受到自己身体的重力。受到自己身体的重力。12/1/202250早在早在 17 17 世纪，伽里略世纪，伽里略(Galileo)(Galileo)已经发现已经发现不同质量的物体在引力下会以相同的不同质量的物体在引力下会以相同的加加速度速度自由下落。换句话说，如果我们可自由下落。换句话说，如果我们可以忽略空气阻力的影响，任何物体在同以忽略空气阻力的影响，任何物体在同样的高度会以相同的时间跌落地面。据样的高度会以相同的时间跌落地面。据说伽里略曾经在说伽里略曾经在比萨斜塔比萨斜塔顶端自由落下顶端自由落下两个大小相等但质量不同的圆球，发现两个大小相等但质量不同的圆球，发现它们同时到地，验证了上述的原理它们同时到地，验证了上述的原理 。让。让我们回到跳楼机的问题上。当跳我们回到跳楼机的问题上。当跳楼机与你一同下跌时，跳楼机和楼机与你一同下跌时，跳楼机和你各自受到地球引力下落，加速度相同，你各自受到地球引力下落，加速度相同，因此跳楼机对你几乎没有产生任何因此跳楼机对你几乎没有产生任何作用力，没有了地面或其它物体对你的作用力，没有了地面或其它物体对你的支持力，你便会毫无束缚，完全感受不支持力，你便会毫无束缚，完全感受不到身体的到身体的重力重力了。了。12/1/202251事实上，航天员在穿梭机中感受事实上，航天员在穿梭机中感受失重状态失重状态，亦是因，亦是因为他们在引力下自由下落的原故。在绕地球的轨道上，为他们在引力下自由下落的原故。在绕地球的轨道上，穿梭机与航天员之间相对静止，于是航天员便可以在机穿梭机与航天员之间相对静止，于是航天员便可以在机仓中自由地漂浮着。与跳楼机唯一不同的是，穿梭仓中自由地漂浮着。与跳楼机唯一不同的是，穿梭机中的航天员是真正的失重，但是跳楼机的安全保险装机中的航天员是真正的失重，但是跳楼机的安全保险装置把人体与机器绑定，整体下降水平牵涉到人身上使得置把人体与机器绑定，整体下降水平牵涉到人身上使得人体人体体液体液分布失衡，高密度脏器也是处在惯性上压的状分布失衡，高密度脏器也是处在惯性上压的状态，容易态，容易血管血管出血等，从医学角度看，跳楼机和真人跳出血等，从医学角度看，跳楼机和真人跳楼不仅有死与不死的区别，也有均匀受力和不均衡受力楼不仅有死与不死的区别，也有均匀受力和不均衡受力的区别。聪明的同学可能会问，为什么不同的区别。聪明的同学可能会问，为什么不同质量质量的物体的物体会以相同的加速下坠？这又要用会以相同的加速下坠？这又要用牛顿力学牛顿力学来解释了。我来解释了。我们知道，们知道，地球地球作用于物体的引力与地球的质量作用于物体的引力与地球的质量 和物体的和物体的质量质量 成正比，而与他们之间距离的平方成反比，即成正比，而与他们之间距离的平方成反比，即12/1/202252