游乐园中的物理学(一)
第一节游乐场中的物理知识
一、过山车
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。
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，它是由于物体和地球的引力相互作用而产生的。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），但能量不会消失，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略矮一点的原因。
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，因为加速度朝上，所以轨道对游客向上的支撑力要大于重力，此时游客可以感觉到超重的现象，即感觉特别沉重。当一路冲上回环时，重力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，指向地面的重力以及轨道的向下的支持力想把乘客拖出座位，但支持力和重力仅与离心力平衡，即提供运动所需的向心力，此时若是飞车的速度较小，小到所产生的离心力小于重力的话，飞车就会有掉落的危险，所以，在回环顶部的时候要求有一定的速度以保证安全。同时也是由于离心力的存在，抵消了一部分重力，于是乘客会产生失重现象，感觉身体变得极轻。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，但速度不能够低于某一个安全行驶的速度。
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。
二、碰碰车
碰碰车是一种机动游戏设施。设备包括一个室内的场地，天花板上有通电的电网。地面则为撒上少量石墨的金属地板或者是水泥地板。场内有供乘客驾驶的小型电动碰碰车。碰碰车的四周有由橡胶做成的围裙，并由接到天花板的垂直电杆取电。车上一般最多坐二人，有加速用的脚踏，和转向的方向盘。工作原理碰碰车的供电又叫天网式供电：一种用条块状导体组合而成的供电网络，是在一块足够大的绝缘板上，布置若干导电条，相邻导电条的电极性相反，各导电条以适当的方法各自与电源的同名端相连。当一个物体在供电网络里自由活动时，可通过一个滑动触点组从供电网络中吸取电能或电信号。本条块状供电网络，可直接应用于给游乐园中的碰碰车供电。采用这种供电方法的碰碰车活动场所，地面不必再铺钢板，可直接利用普通地面。碰碰车的游戏规则是：驾驶者争取最快在场内完成绕圈，途中可以横冲直撞，把对手的车碰开。当时间到了，游戏结束时操作员把电源关上。碰碰车的速度通常很低，就算是碰撞亦不会损害人车。最早的碰碰车在1910年代已出现。
碰碰车的供电又叫天网式供电：一种用条块状导体组合而成的供电网络，是在一块足够大的绝缘板上，布置若干导电条，相邻导电条的电极性相反，各导电条以适当的方法各自与电源的同名端相连。当一个物体在供电网络里自由活动时，可通过一个滑动触点组从供电网络中吸取电能或电信号。本条块状供电网络，可直接应用于给游乐园中的碰碰车供电。采用这种供电方法的碰碰车活动场所，地面不必再铺钢板，可直接利用普通地面。
三、摩天轮
摩天轮用电动机通过减速机减速,把高转速低扭矩的转为高扭矩低转速的机械动力。通过一般是轮胎等又弹性有有一定强度的中间机构传到轮盘上，使其低速转动。摩天轮是一种大型转轮状的机械建筑设施，上面挂在轮边缘的是供乘客乘搭的座舱。乘客坐在摩天轮慢慢的往上转，可以从高处俯瞰四周景色。