过山车如何保持在轨道上？

过山车看起来像是在打破规则。它爬上巨大的山坡，急速下降，侧身转弯，有时甚至倒过来。那它是怎么保持在轨道上的呢？答案是重力、动量、车轮设计和安全工程的综合运作。

重力启动旅程

大多数过山车先爬上一个大坡。链条或弹射系统将车厢拉上去。到达顶部时，车厢储存了能量，因为它在地面以上很高的位置。这叫做势能。

当过山车下降时，重力将它向下拉。储存的能量转化为运动，即动能。这就是为什么第一个下坡如此重要，它为后续行程提供了速度。

动量维持运动

一旦过山车运动起来，它就想继续运动。这就是动量。动量帮助过山车爬上较小的山坡、绕过弯道、穿越环形。

但摩擦力和空气阻力会随时间减慢它的速度。这就是为什么过山车要精心设计，确保车厢有足够的速度安全完成整段轨道，但又不至于速度过快变得不安全。

车轮的作用超乎你的想象

过山车不是用普通轮子仅仅骑在轨道顶部。大多数过山车的列车有几组车轮：

• 轨道上方的车轮
• 轨道侧面的车轮
• 轨道下方的止停轮，即使在环形中也能让列车保持连接

所以当过山车倒过来时，它不是寄希望于重力正常运作，而是由车轮系统将它物理固定在轨道上。

为什么你不会掉出来？

过山车使用护栏，如腿部护栏、安全带或肩部护具。使用哪种护具取决于游乐设施。小型家庭过山车可能只需要腿部护栏，而有翻转动作的过山车则使用更安全的固定系统。

工程师设计护具时既要保证乘客安全，又要让旅程感觉刺激。好的过山车感觉惊险，但绝非随机。

环形不是完美的圆

许多过山车的环形不是完美的圆，而是更接近拉长的泪滴形状。因为完美的圆形环可能在底部产生令人不适的力，而在顶部又速度不够。

泪滴形环有助于控制乘客身体承受的力，使环形更安全、乘坐更顺畅。

试试这个：弹珠过山车

用纸、纸板、胶带和弹珠搭建一条小轨道，包含一个坡道和一个弯道。测试第一个坡太低、弯道太急或轨道不够光滑时会发生什么。每次失败都会具体告诉你需要修什么。

最后的思考

过山车保持在轨道上，是因为工程师精心设计了整个系统。重力提供速度，动量带动列车运行，车轮从多个方向抓住轨道，护具安全固定乘客，轨道形状控制力的大小。刺激是真实的，但刺激背后是大量的工程学。