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过山车是如何运作的

由:汤姆哈里斯雪妮丝Threewitt

翻车特技

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奥林匹亚环线,也被称为慕尼黑环线,是世界上最大的便携式过山车,包括五个不同的环线。彼得·比肖夫/盖蒂图片社

当你绕一圈一圈的时候,你的惯性不仅产生了一个令人兴奋的加速度,而且当你倒立的时候,它还让你保持在座位上。

过山车一圈一圈的离心机,就像旋转木马一样。在旋转木马中,旋转的平台会将你沿直线推离平台。旋转木马边缘的约束杆阻止你沿着这条路径前进——它不断地加速你向平台的中心前进。

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云霄飞车的旋转和旋转木马的作用一样。当列车驶近环线时,你的惯性速度就在你正前方。但是轨道阻止了过山车,也就是你的身体,沿着这条直线行驶。你的加速度把你从过山车的地板上推下来,你的惯性把你推到地板上。你自己向外的惯性产生了一种虚假的重力,即使你倒立,它也会固定在车的底部。你需要一个安全带为了安全起见,但在大多数环行中,不管你有没有安全带,你都会呆在车里。

当汽车通过环线时,作用在你身体上的合力是不断变化的。在环的最底部,加速度将你向下推,与重力方向相同。由于这两种力都把你推向同一个方向,在这一点上你会觉得特别重。当你直线向上移动时,重力把你拉到座位上,而加速度把你推到地板上。你感觉到重力把你拉到座位上,但是(如果你的眼睛仍然睁着)你可以看到地面已经不在它应该在的地方了。

在环的顶端,当你完全颠倒的时候,重力会把你从座位上拉出来,朝向地面,但是更强的加速度会把你推向座位上,朝向天空。由于向相反方向推你的两个力几乎相等,你的身体感觉很轻。在急速下降时,当你在环的顶端时,你几乎是失重的。

当你从循环中出来并保持水平时,你又变重了。环路是惊人的,因为它塞了这么多在这么短的轨道长度。不同的力量使你的身体在几秒钟内经历了一系列的感觉。当这些力量震动你身体的各个部位时,你的眼睛看到的是整个世界颠倒。对于许多乘坐过山车的人来说,在环顶的这一刻,当你轻如羽毛,只能看到天空的时候,是整个旅程中最美好的部分。

在环行中,加速度的强度由两个因素决定:火车的速度和转弯的角度。当火车进入环路时,它拥有最大的动能——也就是说,它以最高速度移动。在环的顶端,重力使火车在一定程度上减速,所以它有更多的势能和更少的动能——它在以更低的速度移动。

最初,过山车的设计者做的是圆形的环。在这种设计中,转弯的角度是恒定的。为了建立一个足够强的加速力来把火车推到环形轨道的顶部,他们必须让火车以相当高的速度进入环形轨道(所以它在环形轨道的顶部仍然会非常快)。更快的速度意味着更大的力在车手进入循环,这可能是相当不舒服的。

泪珠设计使得平衡这些力量变得更加容易。在环的最顶端转弯要比在环的两边转弯更急转弯。这样,你可以让火车以足够快的速度通过环线,使它在环线顶部有足够的加速度,而泪滴形状在两侧产生了较小的加速度。这给了你保持一切运转所需的力量,而不会在可能危险的地方施加太大的力量。

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