17.
過(guò)山車(chē)是一項(xiàng)富有刺激性的娛樂(lè)工具.那種風(fēng)馳電掣、有驚無(wú)險(xiǎn)的快感令不少人著迷.如果你對(duì)物理學(xué)感興趣的話,那么在乘坐過(guò)山車(chē)的過(guò)程中不僅能夠體驗(yàn)到冒險(xiǎn)的快感,還有助于理解力學(xué)定律.實(shí)際上,過(guò)山車(chē)的運(yùn)動(dòng)包含了許多物理學(xué)原理,人們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)山車(chē)時(shí)巧妙地運(yùn)用了這些原理.如果能親身體驗(yàn)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(jué)真是妙不可言.這次同物理學(xué)打交道不用動(dòng)腦子,只要收緊你的腹肌,保護(hù)好腸胃就行了.當(dāng)然,如果你受身體條件和心理承受能力的限制,無(wú)法親身體驗(yàn)過(guò)山車(chē)帶來(lái)的種種感受,你不妨站在一旁仔細(xì)觀察過(guò)山車(chē)的運(yùn)動(dòng)和乘坐者的反應(yīng).在剛剛開(kāi)始時(shí),過(guò)山車(chē)的小列車(chē)是依靠一個(gè)機(jī)械裝置的推力推上最高點(diǎn)的,但在第一次下行后,就再也沒(méi)有任何裝置為它提供動(dòng)力了.事實(shí)上,從這時(shí)起,帶動(dòng)它沿軌道行駛的唯一的“發(fā)動(dòng)機(jī)”將是重力勢(shì)能,即由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、又由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程構(gòu)成的.重力勢(shì)能是物體因其所處位置而自身?yè)碛械哪芰,它是由于物體和地球的引力相互作用而產(chǎn)生的.對(duì)過(guò)山車(chē)來(lái)說(shuō),它的重力勢(shì)能在處于最高點(diǎn)時(shí)達(dá)到了最大值,也就是當(dāng)它爬升到“山丘”的頂峰時(shí)最大.當(dāng)過(guò)山車(chē)開(kāi)始下降時(shí),它的重力勢(shì)能就不斷地減少(因?yàn)楦叨认陆盗耍芰坎粫?huì)消失,而是轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能,也就是運(yùn)動(dòng)的能量.不過(guò),在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中,由于過(guò)山車(chē)的車(chē)輪與軌道的摩擦而產(chǎn)生了熱量,從而損耗了少量的機(jī)械能(動(dòng)能和重力勢(shì)能).這就是為什么在設(shè)計(jì)中隨后的小山丘比開(kāi)始時(shí)的小山丘略矮一點(diǎn)的原因.
過(guò)山車(chē)最后一節(jié)小車(chē)廂里是過(guò)山車(chē)贈(zèng)送給勇敢的乘客最為刺激的禮物.事實(shí)上,下降的感受在過(guò)山車(chē)的尾部車(chē)廂最為強(qiáng)烈.因?yàn)樽詈笠还?jié)車(chē)廂通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度比過(guò)山車(chē)頭部的車(chē)廂要快,這是由于過(guò)山車(chē)中部的重心最高時(shí),重力勢(shì)能最大,而當(dāng)尾部到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),重心位置已經(jīng)不在最高位置,已經(jīng)有一部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能了.這樣,乘坐在最后一節(jié)車(chē)廂的人就能夠快速地達(dá)到和跨越最高點(diǎn),從而就會(huì)產(chǎn)生一種要被拋離的感覺(jué),因?yàn)橹匦恼诩铀傧蛳逻\(yùn)動(dòng).尾部車(chē)廂的車(chē)輪是牢固地扣在軌道上的,否則在到達(dá)頂峰附近時(shí),小車(chē)廂就可能脫軌飛出去.中前部的車(chē)廂情況就不同了,過(guò)山車(chē)的重心心在“身后”,在短時(shí)間內(nèi),它雖然處在下降的狀態(tài),但是它要“等待”重心越過(guò)高點(diǎn)被重力推動(dòng).
(1)過(guò)山車(chē)上升階段,其重力勢(shì)能增加.(填“增加”、“減少”、“不變”)
(2)過(guò)山車(chē)在軌道的最低處,運(yùn)動(dòng)最快,動(dòng)能最大,說(shuō)明物體的動(dòng)能同速度大小有關(guān).
(3)設(shè)計(jì)師所設(shè)計(jì)的過(guò)山車(chē)軌道中,過(guò)山車(chē)依次通過(guò)的豎直回環(huán)的高度一次比一次低的原因是過(guò)山車(chē)的車(chē)輪與軌道的摩擦產(chǎn)生熱量,從而損耗了少量的機(jī)械能.
(4)在過(guò)山車(chē)運(yùn)行起來(lái)以后,坐在過(guò)山車(chē)不同位置的乘客,通過(guò)某一豎直回環(huán)的最高點(diǎn)時(shí),乘坐在車(chē)尾部(選填“車(chē)中部”、“車(chē)尾部”)通過(guò)時(shí)速度最大.