生活中的力學4

1、火車頭做得輕些好嗎?這可不行！原因倒不是因為材料和技術不允許，而是，火車頭一旦做的輕了，它對后面車廂的拉力就會明顯減少?；疖囶^對車廂的拉力來源于火車車輪和鐵軌之間的摩擦力。當火車前進時，車輪向后推鐵軌，鐵軌反過來向前推車輪。這個相互推的力產(chǎn)生在車輪與鐵軌相接觸的地方，叫做摩擦力。摩擦力的大小與兩物體（車輪與鐵軌）壓緊的力的大小有關，若是火車頭做的輕便了，那么這個壓緊的力就減小了，火車就拉不動后面的車廂了，你說是嗎？為什么旋轉(zhuǎn)球不走直線罰點球的隊員把球踢出去后，對方守門員朝著來球的方向撲去，但是球在半途中改變了方向，繞過守門員射進了球門，球場上響起了一片喝采聲這種被解說員稱為“香蕉球”的射門技巧

2、是由于射出的球高速旋轉(zhuǎn)而形成的，但為什么旋轉(zhuǎn)的球體就不走直線了呢？這就要用空氣動力學中一條重要結論來解釋了。這條結論簡述為：物體在流體中運動，它周圍的流體相對它流速越大處壓強就越小，當球如圖所示的方向旋轉(zhuǎn)著前進時，球的左側(cè)面的氣流相對球面來說流動速度較小，這時球左側(cè)的壓強大于右側(cè)，則球受了一個向右的力，所以球從對方大門右側(cè)射入。流體力學的這條規(guī)律有多種應用，如飛機機翼的斷面設計成上凸下平、噴霧器插在藥液中的細管等跳高時為什么要助跑在體育比賽中，跳遠的運動員選擇較長的助跑距離，而跳高 運動員的助跑距離則要短得多。如果選擇較長的助跑距離，是否 就跳不高呢？跳高運動員能騰起越過橫桿，靠的是助跑的慣性

3、力和起跳蹬 地的支撐反作用力。由于慣性力的方向是水平向前的，而支撐反 作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身體重心沿 著一個拋物線軌跡運動。這個拋物線軌跡的高度，取決于起跳時 騰起初速度和騰起角的大小，也就是說，騰起初速度和騰起角是 增加跳高高度的關鍵。一般說來，應該盡可能增大這兩項數(shù)值。 最大騰起角為90度。然而，由于跳高不是單純的垂直向上運動， 越過橫桿還必須有一個向前的力量；再則，還須充分利用水平速 度來增大騰起初速度，因此，騰起角應小于90度。至于騰起初速度 ，則和運動員的素質(zhì)和技術的熟練程度密切相關。騰起初速度越大， 跳得就越高。當騰起角一定時，騰起初速度是起決定作用的。慣

4、性故事薩爾維阿蒂的大船經(jīng)典物理學是從否定亞里士多德的時空觀開始的。當時曾有過一場激烈的爭論。贊成哥白尼學說的人主張地球在運動，維護亞里土多德-托勒密體系的人則主張地靜說。地靜派有一條反對地動說的強硬理由：如果地球是在高速地運動，為什么在地面上的人一點也感覺不出來呢？這的確是不能回避的一個問題。1632年，伽利略出版了他的名著關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話。書中那位地動派的“薩爾維蒂”(圖4-1)對上述問題給了一個徹底的回答。他說：“把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙里，讓你們帶著幾只蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲，艙內(nèi)放一只大水碗，其中有幾條魚。然后，掛上一個水瓶，讓水一滴一滴地滴到下面的一

5、個寬口罐里。船停著不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內(nèi)各方向飛行，魚向各個方向隨便游動，水滴滴進下面的罐中，你把任何東西扔給你的朋友時，只要距離相等，向這一方向不必比另一方向用更多的力。你雙腳齊跳，無論向哪個方向跳過的距離都相等。當你仔細地觀察這些事情之后，再使船以任何速度前進，只要運動是勻速，也不忽左忽右地擺動，你將發(fā)現(xiàn)。所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化。你也無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定，船是在運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底板上跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠。雖然你跳到空中時，腳下的船底板向著你跳的相反方向移動。你把不論什么東西扔給你的同伴

6、時，不論他是在船頭還是在船尾，只要你自己站在對面，你也并不需要用更多的力。水滴將象先前一樣，滴進下面的罐子，一滴也不會滴向船尾。雖然水滴在空中時，船已行駛了許多柞。魚在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部來得大；它們一樣悠閑地游向放在水碗邊緣任何地方的食餌。最后，蝴蝶和蒼蠅繼續(xù)隨便地到處飛行。它們也決不會向船尾集中，并不因為它們可能長時間留在空中，脫離開了船的運動，為趕上船的運動而顯出累的樣子。”薩爾維阿蒂的大船道出了一條極為重要的真理，即：從船中發(fā)生的任何一種現(xiàn)象，你是無法判斷船究竟是在運動還是在停著不動。現(xiàn)在稱這個論斷為伽利略相對性原理。用現(xiàn)代的語言來說，薩爾維阿蒂的大船就是一種所謂

7、慣性參考系。就是說，以不同的勻速運動著而又不忽左忽右擺動的船都是慣性參考系。在一個慣性系中能看到的種種現(xiàn)象，在另一個慣性參考系中必定也能無任何差別地看到。亦即，所有慣性參考系都是平權的、等價的。我們不可能判斷哪個慣性參考系是處于絕對靜止狀態(tài)，哪一個又是絕對運動的。伽利略相對性原理不僅從根本上否定了地靜派對地動說的非難，而且也否定了絕對空間觀念(至少在慣性運動范圍內(nèi))。所以，在從經(jīng)典力學到相對論的過渡中，許多經(jīng)典力學的觀念都要加以改變，唯獨伽利略相對性原理卻不僅不需要加以任何修正，而且成了狹義相對論的兩條基本原理之一。為什么橋都設計成凸形的?橋是不是不應該設計成拱形向上的，而應該設計成凹形的為好

8、。因為汽車在向下行駛之前具備一定的勢能，這個勢能可以幫助它順利地到達橋的那一端?？墒枪靶蜗蛏系臉騾s沒有這個優(yōu)點。橋設計成向上的理由，是因為汽車經(jīng)過橋中部時，橋所承受的壓力較小；而相比之下，凹形橋承受的壓力較大。由于汽車經(jīng)過一個弧形的時候，需要有一個向心力F，它是由重力Mg和支承力N合成的。在拱形橋：F=Mg-N N=Mg-F在凹形橋：F=N-Mg N=F-Mg由上述兩個式子可見，拱形橋的N較小，N是橋?qū)ζ嚨闹С辛?，其大小等于汽車對橋的壓力。所以拱形橋?qū)虻慕Y構強度設計上有利。至于茜露的理由是對汽車而言，為了汽車能利用勢能節(jié)約一點汽油，反而改變橋的設計，這豈不是本末倒置了嗎？什么是氣墊船電視中

9、的氣墊船大家早已見過，這一發(fā)明積于想盡可能減小交通工具與地面或軌道之間的摩擦阻力，從而節(jié)約能源和提高速度。氣墊船設計的思路就是在船底下面產(chǎn)生一個氣墊，使船體與地面不直接接觸，好象懸在空中一樣。這個氣墊由發(fā)動機從船體上方或四周吸進空氣，然后由船體下方噴出。由于船底四周用橡膠帶圍襯，像個彈性裙子一樣，就形成了一個氣墊。氣墊船的最大優(yōu)點是它在地面和水面上一樣行馳，在地面上行馳時也不需要修筑公路，非常方便。你會打秋千嗎你喜歡打秋千嗎？也許你很喜歡卻打不好。要知道，會打秋千的人，不用別人幫助推，就能越擺越高，而不會打秋千的人則始終也擺不起來，知道這是什么原因嗎？請你仔細觀察一下會打秋千高手的動作：他從高

10、處擺下來的時候身子是從直立到蹲下，而從最低點向上擺時，身子又從蹲下到直立起來。由于他從蹲下到站直時，重心升高，無形中就對自己做了功，增大了重力勢能。另外，在下降的過程中，因為腳對秋千做了功，人和秋千的總能量也會增加。因而，每擺一次秋千，都使打秋千的人自身能量增加一些。如此循環(huán)往復，總能量越積越多，秋千就擺地越來越高了。你也試試看。你了解氣門芯嗎大家都知道自行車上有個“氣門芯”，但你知道它的設計非常巧妙嗎？如果有興趣，你可以把它從自行車上取下仔細研究一下。 “氣門芯”的主體是一小段上端中空，下端實心的柱體，在下端的側(cè)面開一個小孔與中空部分相聯(lián)通。下面套上一段有彈性的細橡膠管就構成專門芯

11、的總體。其實它就是一個單向閥門，當你給自行車胎打氣時，氣筒中的壓縮空氣由中空部分進入氣門芯，把有彈性的橡膠管“頂”起，空氣進入車胎；當不打氣時，彈性橡膠管收緊，蓋住側(cè)面的小孔，使空氣不能從車胎中回流。需要注意的是，生活中細橡膠管經(jīng)過一年后一般會有些變質(zhì)，建議每年更新一次氣門芯橡膠管。共振的幽靈任何物體產(chǎn)生振動后，由于其本身的構成、大小、形狀等物理特性，原先以多種頻率開始的振動，漸漸會固定在某一頻率上振動，這個頻率叫做該物體的"固有頻率"，因為它與該物體的物理特性有關。當人們從外界再給這個物體加上一個振動（稱為策動）時，如果策動力的頻率與該物體的固有頻率正好相同，物體振動的振

12、幅達到最大，這種現(xiàn)象叫做"共振"。物體產(chǎn)生共振時，由于它能從外界的策動源處取得最多的能量，往往會產(chǎn)生一些意想不到的后果。世紀中葉，法國昂熱市一座米長的大橋上有一隊士兵經(jīng)過。當他們在指揮官的口令下邁著整齊的步伐過橋時，橋梁突然斷裂，造成名官兵和行人喪生。究其原因是共振造成的。因為大隊士兵邁正步走的頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋的振動加強，當它的振幅達到最大以至超過橋梁的抗壓力時，橋就斷了。類似的事件還發(fā)生在俄國和美國等地。鑒于成隊士兵正步走過橋時容易造成橋的共振，所以后來各國都規(guī)定大隊人馬過橋，要便步通過。在我國的史籍中也有不少共振的記載。唐朝開元年間，洛陽有一個姓劉的和

13、尚，他的房間內(nèi)掛著一幅磬，常敲磬解煩。有一天，劉和尚沒有敲磬，磬卻自動響起來了。這使他大為驚奇，終于驚擾成疾。他的一位好朋友曹紹夔是宮廷的樂令，不但能彈一手好琵琶，而且精通音律（即通曉聲學理論），聞訊前來探望劉和尚。經(jīng)過一番觀察，他發(fā)現(xiàn)每當寺院里的鐘響起來時，和尚房里的磬也跟著響了。丁是曹紹夔拿出刀來把磬磨去幾處，從此以后就不再自鳴了。他告訴劉和尚，這磬的音律（即現(xiàn)在所謂的固有頻率）和寺院的鐘的音律一致，敲鐘時由于共振，磬也就響了。將磬磨去幾處就是改變它的音律，這樣就不會引起共鳴。和尚恍然大悟，病也隨之痊愈了。登山運動員登山時嚴禁大聲喊叫。因為喊叫聲中某一頻率若正好與山上積雪的固有頻率相吻合，

14、就會因共振引起雪崩，其后果十分嚴重。人體與大氣壓強人體與大氣有著不可分離的密切關系，這不僅是由于人體需要呼吸和調(diào)節(jié)體溫。大氣對于人體還有一種不易被人察覺到的作用-大氣的壓力。一名優(yōu)秀的游泳運動員，在幾分鐘內(nèi)不呼吸還不成問題，但如果沒有大氣壓力，恐怕連幾秒鐘也生存不了。 一般認為，標準的大氣壓是每平方厘米1.0336公斤。一個成年人的人體總共要受到12-15噸的大氣壓力。但是由于大氣壓強總是從各個不同的方向作用與同一點的，并且大小相同，每兩個大小相同的壓力便相互抵消，所以人體才感覺不到那么大的壓力，但它是實實在在存在著的。 就拿呼吸來說，當吸氣中樞興奮時，通過膈神經(jīng)使胸腔和腹

15、腔之間的橫膈肌肉收縮，胸腔容積擴大，肺氣泡也跟著擴大，使其中的氣壓下降，并低于外部大氣壓。于是外界空氣在大氣壓的作用下，從鼻孔和嘴流進肺部，進入肺氣泡。呼氣的情況正好相反，由于胸腔容積縮小，肺內(nèi)空氣收縮，內(nèi)部壓強大于外部，氣體便從肺里呼出來。在雷雨之前，由于氣壓的下降，人們常會出現(xiàn)胸悶、頭昏和情緒煩躁等癥狀。另外，在人體的股骨和髖骨之間有一個沒有大氣的空腔，空腔內(nèi)不存在向外的作用力，于是股骨就靠外部大氣壓緊緊地壓在身體上，使我們抬起腿走路不覺得費力，行走自如。為什么肥皂泡總先上升后下降日常生活中，我們?？吹揭恍┬∨笥汛捣试砼?，一個個小肥皂泡從吸管中飛出，在陽光的照耀下，發(fā)出美麗的色彩。此時，小

16、朋友們沉浸在歡樂和幸福之中，我們大人也常希望肥皂泡能飄浮于空中，形成一道美麗的風景。但我們常常是看到肥皂泡開始時上升，隨后便下降，這是為什么呢?這個過程和現(xiàn)象，我們只要留心想一下，就會發(fā)現(xiàn)，它其中包含著豐富的物理知識。在開始的時候，肥皂泡里是從嘴里吹出的熱空氣，肥皂膜把它與外界隔開，形成里外兩個區(qū)域，里面的熱空氣溫度大于外部空氣的溫度。此時，肥皂泡內(nèi)氣體的密度小于外部空氣的密度，根據(jù)阿基米德原理可知，此時肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它會上升。這個過程就跟熱氣球的原理是一樣的。隨著上升過程的開始和時間的推移，肥皂泡內(nèi)、外氣體發(fā)生熱交換，內(nèi)部氣體溫度下降，因熱脹冷縮，肥皂泡體積逐步減小，

17、它受到的外界空氣的浮力也會逐步變小，而其受到的重力不變，這樣，當重力大于浮力時，肥皂泡就會下降。飛鳥就會擊落一架飛機我們知道，運動是相對的。當鳥兒與飛機相對而行時，雖然鳥兒的速度不是很大，但是飛機的飛行速度很大，這樣對于飛機來說，鳥兒的速度就很大。速度越大，撞擊的力量就越大。比如一只0.45千克的鳥，撞在速度為每小時80千米的飛機上時，就會產(chǎn)生1500牛頓的力，要是撞在速度為每小時960千米的飛機上，那就要產(chǎn)生21.6萬牛頓的力。如果是一只1.8千克的鳥撞在速度為每小時 700千米的飛機上，產(chǎn)生的沖擊力比炮彈的沖擊力還要大。所以渾身是肉的鳥兒也能變成擊落飛機的“炮彈”。1962年11月，赫赫有

18、名的“子爵號”飛機正在美國馬里蘭州伊利奧特市上空平穩(wěn)地飛行，突然一聲巨響，飛機從高空栽了下來。事后發(fā)現(xiàn)釀成這場空中悲劇的罪魁就是一只在空中慢慢翱翔的天鵝。在我國也發(fā)生過類似的事情。1991年10月6日，海南?？谑袠窎|機場，海軍航空兵的一架“014號 ”飛機剛騰空而起，突然，“砰”的一聲巨響，機體猛然一顫，飛行員發(fā)現(xiàn)左前三角擋風玻璃完全破碎，令人慶幸的是，飛行員憑著頑強的意志和嫻熟的技術終于使飛機降落在跑道上，追究原因還是一只迎面飛來的小鳥。瞬間的碰撞會產(chǎn)生巨大沖擊力的事例，不只發(fā)生在鳥與飛機之間，也可以發(fā)生在雞與汽車之間。如果一只 1.5千克的雞與速度為每小時54千米的汽車相撞時產(chǎn)生的力有28

19、00多牛頓。一次，一位汽車司機開車行使在鄉(xiāng)間公路上，突然，一只母雞受驚，猛然在車前跳起，結果沖破汽車前窗，一頭撞進駕駛室，并使司機受了傷，可以說，汽車司機沒被母雞撞死真算幸運。飛行的孫悟空是怎樣拍攝的西游記是大家比較熟悉和喜歡的電視劇，其中孫悟空給人們留下美好的印象，但是善于思考的觀眾一定會問， 孫悟空的"騰云駕霧"是怎樣拍攝出來的？下面就來談談這個問題。 我們知道，平時我們所說的運動和靜止都是相對的， 是相對于我們假定不動的參照物而言的。如果我們坐在封閉的火車廂里， 那么我們將無法知道火車究竟是靜止的還是勻速行駛的，只有拉開窗簾， 看到鐵軌旁的樹木、村莊等參照物時，根據(jù)它

20、們的位置是否發(fā)生變化， 才能判斷出來。利用運動相對性，我們就可以拍攝孫悟空的"騰云駕霧"鏡頭了。 如孫悟空騰云遠去"的鏡頭先分別拍攝孫悟空的動作鏡頭和景物鏡頭， 然后將兩組畫面放在"特技機"里迭合， 迭合時迅速地移動背景上的白云和山河湖海作參照物，用攝像機把它們拍攝 下來,看電視時,觀眾以白云和山河湖海作參照物, 于是便產(chǎn)生了"騰去遠去"的感覺。彎腿才能跳得高能使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的力叫作用力，反作用力是作用力的反沖力。牛頓力學中的三大定律之一就是“作用力與反作用力”定律。作用力與反作用力的例子在日常生活中無處不在：1.人

21、走在路上，人給地面一向后作用力，地面給人一向前的反作用力，于是人 往前運動；2.火箭也是靠反作用力，才能飛向太空。同步衛(wèi)星的軌道物理第三冊（選修本）第96面關于通信衛(wèi)星軌道的敘述中有這樣一段話：“通信衛(wèi)星的軌道一般都采用地球靜止軌道，也稱地球同步軌道即衛(wèi)星轉(zhuǎn)動的周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同，相對于地球靜止”這段話容易讓人理解為：地球同步軌道就是地球靜止軌道處于同步軌道上的衛(wèi)星相對于地球是靜止的有的復習資料中亦有這樣的練習題：“簡單說明地球同步衛(wèi)星為什么只能在赤道平面內(nèi)繞地球旋轉(zhuǎn)”、“地球同步衛(wèi)星相對于地球上的一點為什么是靜止的？”，這也是將地球同步軌道與地球靜止軌道混為一談實際上，地球同步軌道與地

22、球靜止軌道不是一回事，它們之間有共同點也有較大區(qū)別地球同步軌道與地球靜止軌道都是運行周期（23小時56分04秒）相同的人造地球衛(wèi)星軌道這兩種軌道的區(qū)別有三：第一，軌道傾角有區(qū)別地球靜止軌道是軌道傾角（軌道平面和赤道平面的夾角）為零的圓形地球同步軌道即地球靜止軌道一定在赤道平面上；而地球同步軌道平面可與赤道平面成一不為零的夾角第二，觀察者看到的現(xiàn)象不同在地球同步軌道上運行的衛(wèi)星每天在相同時間經(jīng)過相同地方的天空，對地面上觀察者來說，每天相同時刻衛(wèi)星會出現(xiàn)在相同的方向上在一段連續(xù)的時間內(nèi)，衛(wèi)星相對于觀察者可以是運動的而處于地球靜止軌道上運行的衛(wèi)星每天任何時刻都處于相同地方的上空，地面觀察者看到衛(wèi)星始

23、終位于某一位置，保持靜止不動第三，星下點軌跡不同人造地球衛(wèi)星在地面的投影點（或衛(wèi)星和地心連線與地面的交點）稱為星下點衛(wèi)星運動和地球自轉(zhuǎn)使星下點在地球表現(xiàn)移動，形成星下點軌跡地球同步衛(wèi)星的星下點軌跡是一條8字形的封閉曲線，而地球靜止衛(wèi)星的星下點軌跡是一個點鑒于上述原因，筆者認為將高中物理第三冊（選修本）第96面上的那句話“也稱地球同步軌道”改成“是地球同步軌道的一種”更好。江河大堤與水庫大壩一般江河大堤和水庫大壩的橫截面如圖1甲、乙所示圖1比較上面兩圖，不難發(fā)現(xiàn)，它們的共同之處都是上窄下寬，不同的是江河堤的迎水面坡度緩，背水面坡度陡，而水庫壩則恰恰相反，擋水面坡度陡，背水面坡度緩一、為什么江河大

24、提與水庫大壩都修成上窄下寬無論是江河大堤，還是水庫大壩都修成上窄下寬，其目的主要是為了“三防”1防水壓根據(jù)液體內(nèi)部壓強公式可知，堤壩內(nèi)的水越靠近堤壩底，水深越大，水產(chǎn)生的壓強也越大堤壩下寬能承受較大的水壓，確保堤壩的安全2防滲漏堤壩下部受水的壓強越大，水越容易滲進壩體把下部修得寬些，就可以延長堤壩內(nèi)水的滲透路徑，增大滲透阻力，從而提高堤壩的防滲透性能3防滑動堤壩內(nèi)水的壓力總有將大堤向外水平推動和將大壩推向下游的運動趨勢，堤壩基底需要有與之抗衡的靜摩擦力，才能保持堤壩平衡將堤壩下部修寬既可增大壩體的重力，也可增大迎水面（擋水面）上水對壩體豎直向下的壓力，因此，可以增強壩體與壩基間的最大靜摩擦力，

25、達到防止堤壩滑動的目的二、為什么江河大堤和水庫大壩兩邊的坡度陡緩狀況修得恰恰相反對于兩岸攔水的大堤來說，奔騰的江河水的沖擊力方向朝下游，水對堤壩的作用力主要是壓力，如圖2甲、乙所示，水的壓力垂直于堤面，根據(jù)力的分解知識有，因此，對于同樣大小的水的壓力，坡度平緩的堤面所受橫向水平壓力較小，即；所受豎直向下的壓力較大，即所以對于江河大堤，迎水面坡度緩，水對大堤水平向外的推力小同時豎直向下的力大，有利于增大堤壩基底與堤壩的靜摩擦力，即可以防滑圖2圖3對于水庫大壩受力分析，如圖3所示，根據(jù)液體壓強公式，水庫大壩的擋水面各處承受的壓強跟水深成正比，呈三角形分布，故總水壓力通過壓強的三角形分布距壩底3設水

26、庫大壩的總重力為，重心在處，為便于分析，設水庫中水對大壩的總壓力水平向外（大壩外側(cè)），如右下圖所示因受水的壓力的作用，壩體會以水庫外側(cè)大壩的壩腳為支點有沿順時針方向傾覆的趨勢，其傾覆力矩為×3而大壩依靠自身的重力產(chǎn)生的抗傾覆力矩G把壩體修得沿背水面坡度緩一些，能夠達到既增大重力，又增大力臂的效果，從而達到增大抗傾覆力矩G的效果由此可見，在不增加建設大堤和大壩的土石方，用料及造價相同的前提下，迎水面比背水面緩的江河大堤更牢固，擋水面比背水面陡的水庫大壩更穩(wěn)定過山車中的物理知識過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那種風馳電掣、有驚無險的快感令不少人著迷。如果你對物理學感興趣，那么在乘坐過山

27、車的過程中不僅能夠體驗到冒險的快感，還有助于理解力學定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學原理，人們在設計過山車時巧妙地運用了這些原理。如果能親身體驗一下由能量守恒、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。這次同物理學打交道不用動腦子，只要收緊你的腹肌，保護好腸胃就行了，當然，如果你的身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁仔細觀察過山車的運動和乘坐者的反應。在開始旅行時，過山車的小列車是靠一個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。事實上，從這時起，帶動它沿著軌道行駛的惟一的"發(fā)動機&qu

28、ot;將是引力勢能，即由引力勢能轉(zhuǎn)化為動能、又由動能轉(zhuǎn)化為引力勢能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構成的。第一種能，即引力勢能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，是由于它的高度和由引力產(chǎn)生的加速度而來的。對過山車來說，它的勢能在處于最高點時達到了最大值，也就是當它爬升到"山丘"的頂峰時最大。當過山車開始下降時，它的勢能就不斷地減少（因為高度下降了），但它不會消失，而是轉(zhuǎn)化成了動能，也就是運動能。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械能（動能和勢能）。這就是為什么要設計成隨后的小山丘比開始時的小山丘要低的原因：過山車已經(jīng)沒有上升到像前一

29、個小山丘那樣的高度所需要的機械能了。過山車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實上，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最后一節(jié)車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于引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)車廂的人就能快速地達到和跨越最高點，從而產(chǎn)生一種要被拋離的感覺，因為質(zhì)量中心正在加速向下。尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達頂峰附近時，小車廂就可能脫軌甩出去。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)量中心越過高點被引力推動。到達“瘋狂之

30、圈”時，沿直線軌道行進的過山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時，乘客就會有一種被擠壓到軌道上的感覺，因為這時產(chǎn)生了一種表觀的離心力。事實上，在環(huán)形軌道上由于鐵軌與過山車相互作用產(chǎn)生了的一種向心力。這種環(huán)形軌道是略帶橢圓形的，目的是為了"平衡"引力的制動效應。當過山車達到圓形軌道的最高點時，事實上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時，這種現(xiàn)象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機械制動裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由氣缸來控制的。你知道氣墊船嗎?我們知道，船是水上重要的交通工具，船是離不開水的?？墒悄阒绬?有一種神奇的船，它不管是在水面上，還是在陸地上，或者是在沼澤地里，只要表面比較平，它都可以行駛，這就是氣墊船。氣墊船是怎么回事呢?它不什么可以離開水面在地面上航行呢?原來在氣墊船的船底四周設有環(huán)形噴口，氣流從噴口向外傾斜地高速噴出，由于水面