过山车中的能量转化

来源 :中学生数理化·八年级物理人教版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:just1015
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  过山车启动后是靠一个机械装置推上最高点的.但到达最高点开始下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了,从这时起,带动它沿着轨道行驶的唯一“发动机”将是重力势能.过山车的运动过程是一种由重力势能转化为动能,又由动能转化为重力势能的过程.
  对过山车来说,它的重力势能在最高点时达到了最大值,也就是当它“爬”升到轨道的顶峰时重力势能达到最大,当过山车开始下降时,它的重力势能就不断地减少(因为高度下降了),但它不会消失,而是转化成了动能.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(机械能转化为内能),会损耗少量的机械能(动能和势能)使过山车的机械能不断减少,这就是为什么过山车的轨道要设计成随后的“小山丘”(如图1)比开始时的“小山丘”低的原因,
  过山车最后一节车厢是留给最勇敢的乘客的.因为最后一节车厢通过最高点时的速度,比前面的车厢经过最高点时的速度要快,这是为什么呢?由于重力作用于过山车的重心处.坐在最后一节车厢的人能以较快的速度达到和跨越最高点,此时最后一节车厢的乘客会有一种要被抛离的感觉.不过,你放心好了,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,小车厢就可能脱轨被甩出去,过山车头部的车厢情况就不同了,车的重心在它“身后”,在短时间内.它虽然处在下降的状态,但由于要“等待”重心越过高点.因此过山车头部车厢过高点的速度要比尾部车厢小.
  到达“疯狂之圈”(如图2)时,沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯,这时,乘客会有一种被挤压到轨道上的感觉,这是因为轨道通过车厢给人施加了一个力.这个力快速地改变着人的运动方向.这个力就是向心力.正是由于铁轨与过山车相互作用产生了向心力.使过山车能顺利做圆周运动.这种环形轨道是略带椭圆形的,目的是为了“平衡”引力的制动效应.一旦过山车走完了它的行程,机械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来控制的.
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