过山车中的物理学研究论文

火车头做得轻些好吗?这可不行！原因倒不是因为材料和技术不允许，而是，火车头一旦做的轻了，它对后面车厢的拉力就会明显减少。火车头对车厢的拉力来源于火车车轮和铁轨之间的摩擦力。当火车前进时，车轮向后推铁轨，铁轨反过来向前推车轮。这个相互推的力产生在车轮与铁轨相接触的地方，叫做摩擦力。摩擦力的大小与两物体（车轮与铁轨）压紧的力的大小有关，若是火车头做的轻便了，那么这个压紧的力就减小了，火车就拉不动后面的车厢了，你说是吗？为什么旋转球不走直线罚点球的队员把球踢出去后，对方守门员朝着来球的方向扑去，但是球在半途中改变了方向，绕过守门员射进了球门，球场上响起了一片喝采声……这种被解说员称为“香蕉球”的射门技巧是由于射出的球高速旋转而形成的，但为什么旋转的球体就不走直线了呢？这就要用空气动力学中一条重要结论来解释了。这条结论简述为：物体在流体中运动，它周围的流体相对它流速越大处压强就越小，当球如图所示的方向旋转着前进时，球的左侧面的气流相对球面来说流动速度较小，这时球左侧的压强大于右侧，则球受了一个向右的力，所以球从对方大门右侧射入。流体力学的这条规律有多种应用，如飞机机翼的断面设计成上凸下平、喷雾器插在药液中的细管等跳高时为什么要助跑在体育比赛中，跳远的运动员选择较长的助跑距离，而跳高 运动员的助跑距离则要短得多。如果选择较长的助跑距离，是否 就跳不高呢？跳高运动员能腾起越过横杆，靠的是助跑的惯性力和起跳蹬 地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的，而支撑反 作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身体重心沿 着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度，取决于起跳时 腾起初速度和腾起角的大小，也就是说，腾起初速度和腾起角是 增加跳高高度的关键。一般说来，应该尽可能增大这两项数值。 最大腾起角为90度。然而，由于跳高不是单纯的垂直向上运动， 越过横杆还必须有一个向前的力量；再则，还须充分利用水平速 度来增大腾起初速度，因此，腾起角应小于90度。至于腾起初速度 ，则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大， 跳得就越高。当腾起角一定时，腾起初速度是起决定作用的。惯性故事——萨尔维阿蒂的大船经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的。当时曾有过一场激烈的争论。赞成哥白尼学说的人主张地球在运动，维护亚里土多德----托勒密体系的人则主张地静说。地静派有一条反对地动说的强硬理由：如果地球是在高速地运动，为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢？这的确是不能回避的一个问题。1632年，伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中那位地动派的“萨尔维蒂”(图4-1)对上述问题给了一个彻底的回答。他说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力。你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现。所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时，脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时，不论他是在船头还是在船尾，只要你自己站在对面，你也并不需要用更多的力。水滴将象先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时，船已行驶了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大；它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后，蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中，并不因为它们可能长时间留在空中，脱离开了船的运动，为赶上船的运动而显出累的样子。”萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理，即：从船中发生的任何一种现象，你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。用现代的语言来说，萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系。就是说，以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。在一个惯性系中能看到的种种现象，在另一个惯性参考系中必定也能无任何差别地看到。亦即，所有惯性参考系都是平权的、等价的。我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态，哪一个又是绝对运动的。伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难，而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。所以，在从经典力学到相对论的过渡中，许多经典力学的观念都要加以改变，唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正，而且成了狭义相对论的两条基本原理之一。为什么桥都设计成凸形的?桥是不是不应该设计成拱形向上的，而应该设计成凹形的为好。因为汽车在向下行驶之前具备一定的势能，这个势能可以帮助它顺利地到达桥的那一端。可是拱形向上的桥却没有这个优点。桥设计成向上的理由，是因为汽车经过桥中部时，桥所承受的压力较小；而相比之下，凹形桥承受的压力较大。由于汽车经过一个弧形的时候，需要有一个向心力F，它是由重力Mg和支承力N合成的。在拱形桥：F=Mg-N ∴ N=Mg-F在凹形桥：F=N-Mg ∴ N=F-Mg故总水压力通过压强的三角形分布距坝底H／3．设水库大坝的总重力为G，重心在O′处，为便于分析，设水库中水对大坝的总压力F水平向外（大坝外侧），如右下图所示．因受水的压力F的作用，坝体会以水库外侧大坝的坝脚O为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势，其倾覆力矩为MF＝F×H／3．而大坝依靠自身的重力G产生的抗倾覆力矩MG＝Gd．把坝体修得沿背水面坡度缓一些，能够达到既增大重力，又增大力臂d的效果，从而达到增大抗倾覆力矩MG的效果．由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定．过山车中的物理知识过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。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的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。在开始旅行时，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惟一的"发动机"将是引力势能，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构成的

比如翻山车就涉及到失重和向心加速度,很多很多了

过山车运行中物理学原理加速度速率(有方向的速度)的改变称为加速度。一个物体加速，减速，或改变方向,称之为加速度。大部分大型游乐设备包括加速度。当下坡，或急速转弯,设备可能提高速率或加速度。当上坡，或沿直线运动,设备可能减小速率或减速度。当过山车下坡，地心引力使车体运动的速度越来越快,这是加速度。当过山车上坡，车体运动的速度越来越慢,这是减速度。过山车的加速度与车体的质量和推拉的动力有直接的关系。向心力当过山车沿着回环运动,向心力发生作用。向心力是物体沿着圆周运动而产生的.例如当你沿着下滑曲线向地面运行,地心引力使过山车沿直线作下滑运动,但是轨道是曲线的,向心力里又使过山车沿曲线运动.乘客在过山车上的感觉是被抛离轨道,但是地心引力又使车体的的确确运行在轨道上作圆周运动,所以指向圆周或曲线内部的动力是必须的。对于指向圆周或曲线内部的动力,称之为向心力。能量(动能+势能)能量使物体工作动能-正被使用的能量,能量产生运动。势能--被储存的能量,以后再使用能量的守恒定率:能量可以从一种形式转化为另一种形式,但是不回自动生成和消失。当马达驱动过山车攀登到达第一个坡度,过山车储存越来越多的势能。当重力牵引过山车沿斜坡下滑,势能又转化为动能。斜坡上离顶部越远，势能转化为动能就越多,乘客能感觉到速度的加快。在斜坡的最底部,速度最快。当车体攀登第二个山坡，动能又逐渐转化为势能,过山车的速度逐渐减慢。高度越高,意味着动能转化为势能越多。这个动能势能的转化守恒定率,保持过山车沿轨道上下运动。而动能的总量是保持不便,只是重一种形式转化为另一种形式。请注意第一个山坡是过山车的最高点,为什么?然而，一部分的能量转化摩擦力，风阻,车轮的转动和其他一些消耗能量的因素。过山车设计者充分考虑摩擦力在过山车运行中所扮演的角色。因此设计师降低山坡设计的高度,以保证过山车能够完全驶过山坡。过山车能够运行是因为两个基本点:地球引力和能量守恒。