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过山车简介 过山车（Roller coaster，或又称为云霄飞车），是一种机动游乐设施，常见于游乐园和主题乐园中。拉马库斯阿德纳汤普森（LaMarcus Adna Thompson）是第一个注册过山车相关专利技术的人（1865年1月20日），并曾制造过数十个过山车设施，因此被誉称为“重力之父”（Father of Gravity）。过山车虽然惊悚恐怖，但是基本上是非常安全的设施。一个基本的过山车构造中，包含了爬升、滑落、倒转，其轨道的设计不一定是一个完整的回圈，也可以设计为车体在轨道上的运行方式为来回移动。大部分过山车的每个乘坐车厢可容纳2人、4 人或6人，这些车厢利用勾子相互连结起来，就像火车一样。从最基本的层面来看，过山车不过是一部利用重力和惯性使列车沿蜿蜒的轨道行进的机器。 钻石背纹响尾蛇过山车电影死神来了 3当中宣称过山车的事故率约为2亿5000万分之1，而现实当中，真正的数字可能还更低。根据美国消费者产品安全委员会（CPSC）和六旗乐园（Six Flags）的调查显示，2001 年当中搭乘过山车的死亡率约为15亿分之1。这意味着：游客死于驾车前往游乐园途中的机率反而大些。 在钢铁制过山车中，日本长岛温泉游乐园中的过山车Steel Dragon 2000，全长2479公尺，是最长的过山车。第二名是位于英国Lightwater Valley中的The Ultimate，全长2271公尺，第三长的Millennium Force位于美国俄亥俄州Cedar Point乐园。过山车原理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的话，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。 过山车集锦1(20张)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，如果你受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，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿轨道行驶的唯一的“发动机”将是引力势能，即由势能转化为动能、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。 第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到“山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，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轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什么在设计中随后的小山丘比开始时的小山丘那样的高度所需要的机械能少了。 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，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。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感觉，因为质量中心正在加速向。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨飞出去。 车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”质量中心越过高点被引力推动。 过山车的竖直立环是一种离心机装置，当列车接近回环时，乘客的惯性速度笔直地指向前方。但车厢一直沿轨道行进，使乘客的身体无法按直线运动。于是重力推着乘客离开车厢的地板，而惯性则将乘客向地板方向挤压。乘客本身的外向惯性产生某种“伪重力”，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安全，但在大多数大回环中，无论有没有护具，乘客都会停留在车厢中。 当列车沿着回环移动时，作用在乘客身上的合力在不断地变化。在回环的最底部，竖直加速度对乘客施加一个向下推力，方向与重力一致。在此时，由于乘客受到同一方向的两股推力，所以会感到自己特别沉重。当一路冲上回环时，竖直加速度则把乘客向地板的方向推。所以乘客会感到重力将您向座位方向挤压。 在回环的顶部，乘客完全倒转了过来，指向地面的重力想把乘客拖出座位，但支持力比重力更强，它的方向指向天空，把乘客压在座位上。由于两股推力的方向相反、强度大致相等，于是乘客会感觉身体变得极轻。和急速下降时一样，乘客在回环的顶部也会出现短暂的失重现象。等列车驶出回环，沿水平方向行进，乘客又会回到原来的重力。 大回环的魅力在于，它在短短的一段轨道中塞进了丰富的元素。在几秒钟内，作用在乘客身上的力不断变化，从而让人体验到各种不同的感觉。当这些力作用于身体的各个部位时，眼睛会看到整个世界都倒了过来。对于许多过山车乘客而言，在回环顶部是整个运行过程中最精彩的一刻，人们会感到身体轻如羽毛，眼中只能看到天空。 在大回环中，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，它拥有最大的动能，也就是说，它以最快的速度移动。在回环的顶部，重力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势能，但动能减少了，也就是说它以较低的速度移动1。 过山车的设计师们最早采用的是正圆形回环。在这种设计中，一路上的弯道角度是一个常数。为了在回环顶部产生足够的竖直加速度以压迫列车紧贴轨道，设计师们必须让列车以相当快的速度进入回环（如此可使列车在回环顶部仍能快速行进）。更快的速度意味着乘客在进入回环时会受到更大的作用力，而这可能会让乘客很不舒服。 水滴形设计使这些力的平衡变得更加容易。回环顶部的弯道角度比回环侧面更急促。这样可以让列车以足够快的速度穿过回环，使之在回环顶部拥有充足的加速力，而且水滴形设计会在侧面产生较小的竖直加速度。这提供了维持过山车一切运行所需的力，而不致将过大的力施加在可能有危险的部位。 一旦过山车走完了它的行程，制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸中气体的压力来控制的2。 过山车的部件如果说美国有一个过山车的摇篮，那么它就是纽约的科尼艾兰。美国的第一部过山车1884年在这里诞生。对于过山车迷来说，这里是他们的“麦加圣城”。科尼艾兰仍保留着1927年建造的最早的木质过山车“飓风号”（Crystal Beach Cyclone）。今天木质过山车产生的神奇效果是在上个世纪20年代所无法想象的。美国辛辛那提市附近的Kings Island游乐园里面有一个“Son of Beast”“野兽之子”木质过山车(有钢支撑)开创了令人震撼的新高度，它高66米，长2143米，最高时速126公里，上下有65米的落差，造价据估计2000万美元，能同时供3辆过山车运行，每辆可载36人。它甚至还有一段木质过山车界唯一的垂直循环轨道，这是一个创举，因为人们曾认为这对木质过山车来说是根本不可能的。不过最终还是因为安全上的考虑（见下）于2006年12月拆除了这段垂直循环轨道。“野兽之子”的赫赫有名绝非偶然。这是世界上最大的木质过山车之一，它使用的木头可以铺成761公里长。纳尔逊赛亚尔福斯（过山车爱好者）：“我更喜欢木质车，喜欢它震动和摇摆的节奏，当过山车呼啸而过时你甚至可以看见某些部件的运动。”在过山车兴起的早期，只有传统的木质过山车。今天，过山车家族已经有约30名成员，包括金属过山车、悬挂式过山车、竖立式过山车以及穿梭式过山车等等。木制过山车的轨道类似于传统的列车铁轨。过山车的金属轮子在平坦的金属条上滚动，每根金属条的宽度为10至15厘米。这种金属条是用螺钉固定在运行轨道上的，运行轨道用胶合木板制成，十分坚固。在大多数过山车中，车厢的轮子采用了与列车相同的凸缘设计，即车轮内部形成一个凹形结构，使车厢不致滚到轨道外面去。车厢还有另一组轮子（有的只是一根安全杆），它们在轨道下方滚动。这可以防止车厢飞到空中。木制过山车轨道是用枕木和呈对角线交叉的支撑梁来固定的，整个轨道结构安置在一个由木制或钢制的梁搭成的格架上，就像用来支撑房屋或摩天大楼的横梁框架。利用这些材料，设计师们可以将山坡、盘旋和弯道结合起来，形成拥有变化无穷的路线布局。他们甚至可以让列车上下翻转（虽然这在现代的木制过山车中并不常见）。不过，由于轨道本身和支撑架构十分笨重，因此木制轨道缺乏灵活性。这使构建复杂的盘旋和弯道变得十分困难。在木制过山车中，带给人们快感的主要是上下运动。虽然木质车永远不能与钢铁车的多种翻转方式相匹敌，但经典的木质过山车仍在过山车爱好者心中拥有不可取代的地位。因为木头过山车更“凶”更“野”！这并不是说木头的过山车能比钢铁过山车做出更让人胆颤的动作，只是因为它自身的材质会让它颠得很厉害，而且沿轨道滑行时噪音惊人。实际上在国外，不少游乐场、主题公园都有木质的过山车项目(有些有钢结构支撑)。一般来讲，在过山车的硬指标上(长度、高度、速度、落差等)，钢铁结构的过山车对木质过山车占有压倒性优势。但这也不是绝对的，“野兽之子”木质过山车，就能挤进世界过山车Top 10。随着20世纪50年代钢管轨道的引入，过山车领域发生了巨大的变化。顾名思义，钢管轨道由一对很长的钢管组成。支撑这些钢管的是一个坚固的上层结构，它重量较轻，是由比轨道钢管稍粗的钢管或梁搭建而成的。在钢制过山车中，列车车轮一般由聚亚安酯或尼龙制成。除了有传统的车轮安置在钢管轨道的正上方，车厢还有其他一些车轮，分别运行于轨道的底部和侧面。这种设计使车厢能够稳固地卡在轨道上，这在列车穿过轨道的盘旋和弯道时是极为重要的。在紧张的行驶过程中，这些轮子确保过山车不会脱离轨道。凯文帕伦特（过山车设计者）：“首先是负重轮，它们在车站支持着过山车的负荷，就像一般的车一样。接着是侧导轮，它们使过山车处于轨道的中心并引导它通过整个行程。最后是阻塞轮，用于防止车子在翻转行驶时偏离轨道。”过山车的轮子一般是由聚亚安酯或尼龙制成的，但是这种材料在高速行驶中磨损得很快，所以研制一种新型高质量的材料成为过山车设计者们急于解决的问题。凯文帕伦特：“目前使用频率很高的过山车需要经常维护并更换车轮，在炎热的天气中甚至要每天更换一次车轮，以防止发生事故。在钢制过山车中，列车车厢既可以像传统的木制过山车那样停留在轨道上，也可以像滑雪缆车那样，吊挂在车厢顶部的轨道上。在悬挂式过山车中，悬挂的列车能以一个转动接头为轴进行摆动，从而增加了一种向两侧的运动。而在悬挂翻转式过山车中，悬挂的列车则稳固地连接在轨道上，使设计师能更准确地控制车厢的运动方式。与木制轨道不同，钢管轨道不是由各个小部件组装而成的。与使用预制钢梁的摩天大楼类似，它是由一些曲线型的大型模块预制的。通过钢制造工艺可生产出平滑的曲线型轨道，使过山车能沿轨道坡度向各个方向运动。在木制过山车中，当车体滚过连接木制轨道各部件的接头时会发出嘎嘎声，使运行过程产生停顿感。而在钢制过山车中，轨道的各个部件被完美地焊接在一起，使车体的运行极为平稳。任何一位过山车爱好者都会告诉您，每种感受都有与众不同的魅力。一些公园还在创造新名称来吸引游乐者。“超级过山车（Mega Coaster）”指的是任何一种高度超过61米的过山车。如果其高度达到91米，就被称作“巨型过山车（Giga Coaster）”。尽管名称不同，造型各异，但是所有过山车的工作原理都是相同的。凯文帕伦特：“我们一开始把过山车拉至轨道的顶峰，使过山车获得巨大的能量，接着我们让它驶完全程，回到车站。这基本上是一种能量交换过程。我们在有时一开始就使它拥有能量，或者在快速行驶的过程中重新获得能量，这就要用到动力源了。”但是不管是直线感应电动机还是链条把你拉向顶峰，使你落下来只有一种力量，那就是重力。凯文帕伦特：“我们正在做有关项目的研究，希望把技术提高到新的高度，使过山车达到每小时161甚至193公里的速度。”由于先进技术和材料的使用，新过山车的价格有可能提高到2500万美元以上。但对于各个主题公园而言，这是值得的，有了新过山车的吸引，游玩人数可以增加10%以上。当某个主题公园需要一部新过山车时，他们会去找世界上生产过山车的公司。其中历史最悠久的公司是犹他州克利尔菲尔德的飞箭动力公司（Arrow Dynamics，现已被S&S Power收购），该公司以其生产的环状轨道的巨大落差和突然转向而著称。在生产一座新过山车之前，设计师肯特塞科首先要考虑公园所面向的群体的年龄， 过山车集锦2(12张)这将决定过山车应当更平稳顺畅一些还是更惊险刺激一些。然后才是空间和钱的问题。塞科将面临一个艰难的挑战，多莉山游乐园的负责人找到他，要求他为这个建在山上的游乐园设计一种新型过山车。但是层层环绕的群山几乎没有给他留下什么设计空间。肯特塞科：“公园给了我们一份地形图，标明了沿山不同地点的高度。根据地形图，我们设计了一部过山车，它利用公园特有的环山地势，通过隧道穿梭于群山之间，与公园美丽的景致融为一体。”一旦规划完成，计算机程序会算出过山车经过每个弯道的速度和重力。肯特塞科：“你到达第一个峰底时受到3倍的重力，车的最快速度大约为每小时98公里。”塞科的计算必须尽可能地准确，因为只有这样，才能实现兴奋与恐惧间的理想平衡。里克特纳：“对于过山车爱好者而言，重力是他们需要的东西。剧烈颠簸则是另一个问题。它令人不愉快，使许多人不愿意再坐过山车。”一旦设计得到批准，飞箭动力公司便开始在它自己的工厂里制造过山车的每一个部件。长长的轨道被运往主题公园并在那里组装，巨大的架子竖了起来。当所有部件都各归各位时，试车就开始了。加里伊塞尔（飞箭动力公司，工程师）：“一旦过山车组装完毕，我们一般用几周的时间进行测试。在这期间过山车的所有部件、所有特性都将被反复测试，以确保运行万无一失。”在多莉山游乐园与飞箭动力公司接触之后仅16个月，新的命名为“田纳西龙卷风Tennessee Tornado”的过山车就正式投入使用了。事实上，设计师们常常在过山车的出口处徘徊，他们想从乘车人那里获得反馈。设计师凯文帕伦特将这件事做到登峰造极的地步。过山车分类动力链式提升器正如我们先前看到的那样，过山车列车本身没有电动机：在运行过程的大半段，列车是靠重力和动量运动的。为了积蓄势能，需要将列车提升到第一个山坡的顶部，或以极大的推力将其发射出去。 传统的提升装置是一根长长的链条（或多根链条），就像自行车的链条，但要大得多。它安装在轨道下面，并沿抬升坡向上延伸。这根链条固定在一个环路中，这个环路在山坡的顶部和底部各有一个传动装置。山坡底部的传动装置是由一个简单的电动机转动的。 通过转动链条环路，使之像一条长长的传送带那样持续不断向山坡顶部移动。过山车用几只链条锁簧和牢固的绞链钩卡住链条。当列车行进到山坡底部时，锁簧会卡住链条的链节。一旦链条锁簧被钩住，链条就会拉着列车向山顶行进。在最高点处，锁簧松开，列车开始沿山坡向下移动.你听到的链条发出的嗒嗒声其实是防倒滑装置发出的声音，以防电机发生故障时列车倒滑回车站造成事故 弹射器在一些较新的过山车设计中，列车是通过弹射器发射的方法启动的。弹射器的发射方法有好几种，但它们的作用基本相同。这些系统不是将列车沿山坡向上拖动以积蓄势能，而是使列车在开始的极短时间内获得大量动能，让它开始运行。 直线感应电动机（Linear Induction Motor）是常用的弹射器系统之一。直线感应电动机利用电磁体在轨道上方和列车下方各造出一个磁场，并使两个磁场互相吸引。电动机移动轨道上方的磁场，牵引着后面的列车以极高的速度沿轨道移动。这种系统的主要优势在于它的速度、效率、耐用性、准确性和可控制性。 水压动力轮（Hydralic Launching System）出现在英特敏公司生产的过山车中。这是一个带钢缆的滑块，由水压驱动的飞轮带动。发射时，滑块卡在列车的下面，由高速转动的飞轮快速拉动滑块和列车一起冲出去。 到发射区段终点时，滑块与列车脱钩，列车则依靠所得的动能冲上约100米的高度。 Friction Wheel这种过山车使用几十只转动的轮子（Friction Wheel）来推动列车，使之爬上提升山坡。这些轮子沿着轨道排成相邻的两列。它们将列车的底部（或顶部）卡在中间，推动列车前进。经常会用在爬升坡带转弯的时候使用（因为链条无法在水平面上横向转弯）或者在链式提升器之前为列车调整速度使其能够与链条的速度相等。而在奥兰多环球影城的绿巨人过山车，则用这些轮子来为列车加速冲出隧道 轨道种类轨道种类正向轨道木质过山车：木制过山车的轨道类似于传统的火车铁轨。过山车的金属轮子在平坦的金属条上滚动，每根金属条的宽度为10至15厘米。这种金属条是用螺钉固定在运行轨道上的，运行轨道用胶合木板制成，十分坚固。轨道则多以陡坡和侧旋为主，鲜见翻转。 扭转过山车：一种坐下式的的过山车， 一般占地较小，拥有多种不同轨道，极为弯曲。著名的B&M公司则以该种过山车而闻名世界。 站立式扭转过山车：乘客采用站立方式乘坐的过山车，全身都能感受到翻滚时血液在体内的涌动。 超级扭转过山车（又称MEGA过山车）：虽然叫“扭转过山车” 但它却没有翻转，仅保留了一些山坡。使乘坐者能感受到强烈的失重。占地一般较大，造价昂贵。可以算是木质过山车的钢铁升级版 火箭过山车（其中高度超过120米的又称等级过山车）：一般有极高的高坡 用水压动力轮或者LIM驱动过山车冲上大约100米的高坡或者其他轨道元素，该种过山车目前保持着全球最高过山车的桂冠。 飞天滑板：一种冲浪板形的过山车，用LIM驱动，在U形的轨道上来回穿梭。 球体过山车：一种座位在车的两边，并可自由旋转的过山车。轨道长度一般不超过200米 和缓过山车：一种落差，坡度，速度都不是很大的过山车，占地较小，适合儿童乘坐 大水管：一种能溅起极高的，无法抵挡的水花的过山车，一般整个过山车建筑都建造在水池中，并且长度不长。 跳水机器（又称垂直下坠过山车、跌落式过山车）：带有超宽的车厢，一般一排8到10人，有90度的垂直下坠，而且通常在下坠之前有一个带链条的间隔刹车（临近90度斜坡前有短暂的停止，然后突然向下冲。） 螺旋过山车：一种坐下式的过山车，特点是有开塞钻式的螺旋。 骑行过山车：车厢做成马形或摩托车形，让你体验高速骑行乐趣的过山车。 塔楼过山车：一种垂直提升的过山车，提升到顶部时立刻转向地面并释放，通常俯冲角会大于90度，车厢较小，扭转更快，是一种非常刺激的过山车。 4D过山车：一种科技含量极高的过山车 ，座位悬挂在主车厢外侧，并可以随轨道的设计单独翻转，再加上主车厢随轨道的翻转，给人一种不同的乘坐体验。 X-car 过山车：一种对人束缚极少的过山车，此种过山车仅仅采用体育场风格的敞开式座位，安全装置仅压紧腰部使其无法动弹。除此之外乘坐者的其他身体部位全部自由，给人一种开放的乘坐感觉 悬挂式轨道翻转脉冲过山车：用LIM驱动 在两个垂直轨道之间来回穿梭 翻转过山车:循环式轨道，多次翻转，这种车悬在轨道下方，无地板，乘坐时脚悬空，让乘客感觉像乘坐坐急速扭转的战斗机一般。 飞行过山车：B&M的招牌过山车之一，人们趴着乘坐此种过山车，并可以自由张开双臂，就像飞行的鸟一样。 悬吊摇摆过山车：一种转弯的时候会自行产生离心运动，车厢可自由摆动的过山车垂直过山车 垂直过山车垂直过山车，最高落差引达80米，相当于26层楼的落差，为亚洲垂直下落距离第二高引的垂直下坠过山车，轨道全长约1公里，是世界上第三长的垂直下坠过山车，拥有90度垂直俯冲和冲浪体验，最高时速达112公里/小时，配备有3列车厢，每次可容纳30人同时乘坐。垂直过山车在游客安全方面做足保障工作。据长隆欢乐世界主管项目工程管理的蒋敏灵副总经理介绍，由于垂直过山车将带领游客从约60米高处垂直向下俯冲，为了保障游客的安全，垂直过山车的路轨接缝精确到6毫米，而车体是按照人体舒适度和安全性来设计，每个座椅配有安全压杆。简介2008年，垂直过山车的引进，标志着广州番禺长隆欢乐世界已经成功跻身全球顶尖乐园行列。 垂直过山车数据分析垂直过山车所带来的体验是史无前例的，它将带着您冲上60米、20层楼的高空，当您还在惊叹高空俯视的壮观之际，瞬间垂直跌落，钻入漆黑的隧道，再以高速冲过贴近地面的水道，溅起猛烈的水 花，经由宽阔的湖面冲浪滑行，给您“上天、钻地、冲浪”的独有超凡体验，新鲜刺激，毕生难忘！ 轰鸣、启动，一个漂亮的左下滑，长隆欢乐世界里世界级过山车中的王者垂直过山车，精彩亮相。与常见的纵身拖卡列车不同，它前后三排横列，重达18吨,像雄鹰展翅,又似重型战斗轰炸机，让我们不禁缅怀二战飞行员驾驶战机的英姿。列车徐徐爬升至距离地面60米的高空，车上的你我他欣赏着园区森林环抱美景，耳边响起美国壮志凌云的雄壮进行曲突然停顿垂直向下悬挂3秒倒计时，第一次90度俯冲，时速到112公里，此处被称为0G下滑区段，进入Immelmann环道翻滚，轻松抖抖宽翼再爬升，45米高空再来一次垂直机动，第二次俯冲钻入黑暗的20米隧道，重现光明后一个回环盘旋，向着湛蓝的海平面，掠过水面，庆祝胜利凯旋的10米高水柱会从最后一排的两个翼板喷出、浪花四溅 建造运行资料垂直过山车相关数据和提法：由世界上最知名的过山车制造商 Bolliger&Mabillard 公司研发制造，仅设备耗资2亿元，是世界上最高、最快、垂直下落距离最长的垂直下坠过山车之一 ，是亚洲第一座无地板的，亚洲第一座带翻转的垂直下坠过山车，亚洲第一座带水力刹车的过山车。 行驶时速：112公里/小时 轨道最高点到最低点落差：80米 轨道全长：999.