過山車(Roller coaster，或又稱為云霄飛車)是一種機動游樂設(shè)施，常見于游樂園和主題樂園中。拉馬庫斯·阿德納·湯普森(LaMarcus Adna Thompson)是第一個注冊過山車相關(guān)專利技術(shù)的人(1865年1月20日)，并曾制造過十?dāng)?shù)個過山車設(shè)施，因此被譽稱為“重力之父”(Father of Gravity)。一個基本的過山車構(gòu)造中，包含了爬升、滑落、倒轉(zhuǎn)，其軌道的設(shè)計不一定是一個完整的回圈，也可以設(shè)計為車體在軌道上的運行方式為來回移動。大部分過山車的每個乘坐車廂可容納2人、4 人或6人，這些車廂利用勾子相互連結(jié)起來，就像火車一樣。過山車雖然驚悚恐怖，但是基本上是非常安全的設(shè)施。電影《絕命終結(jié)站 3》當(dāng)中宣稱過山車的事故率約為2億5000萬分之1，而現(xiàn)實當(dāng)中，真正的數(shù)字可能還更低。根據(jù)美國消費者產(chǎn)品安全委員會(CPSC)和六旗樂園(Six Flags)的調(diào)查顯示，2001 年當(dāng)中搭乘過山車的死亡率約為15億分之1。這意味著：游客死于駕車前往游樂園途中的機率反而大些。在鋼鐵制過山車中，日本長島溫泉游樂園中的過山車Steel Dragon 2000，全長2479公尺，是最長的過山車。第二名是位于英國Lightwater Valley中的The Ultimate，全長2271公尺，第三長的Millennium Force位于美國俄亥俄州Cedar Point樂園。

 過山車原理

過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那種風(fēng)馳電掣、有驚無險的快感令不少人著迷。如果你對物理學(xué)感興趣的話。那么在乘坐過山車的過程中不僅能夠體驗到冒險的快感，還有助于理解力學(xué)定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學(xué)原理，人們在設(shè)計過山車時巧妙地運用了這些原理。如果能親身體驗一下由能量守恒、加速度和力交織在一起產(chǎn)生的效果，那感覺真是妙不可言。這次同物理學(xué)打交道不用動腦子，只要收緊你的腹肌，保護好腸胃就行了。當(dāng)然，如果你受身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁仔細觀察過山車的運動和乘坐者的反應(yīng)。在施行剛剛開始時，過山車的小列車是依靠一個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。事實上，從這時起，帶動它沿軌道行駛的唯一的“發(fā)動機”將是引力熱能，即由引力熱能轉(zhuǎn)化為動能、又由動能轉(zhuǎn)化為引力勢能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構(gòu)成的。第一種能，即引力熱能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，是由于它的高度和由引力產(chǎn)生的加速度而來的。對過山車來說，它的熱能在處于最高點時達到了最大值，也就是當(dāng)它爬升到“山丘”的頂峰時最大。當(dāng)過山車開始下降時，它的勢能就不斷地減少(因為高度下降了)，但它不會消失，而是轉(zhuǎn)化成了動能，也就是運動能。不過，在能量的轉(zhuǎn)化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產(chǎn)生了熱量，從而損耗了少量的機械能(動能和勢能)。這就是為什么在設(shè)計中隨后的小山丘比開始時的小山丘那樣的高度所需要的機械能了過山車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實豐，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最后一節(jié)車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于引力作用于過山車中部的質(zhì)量中心的緣故。這樣，乘坐在最后一節(jié)車廂的人就能夠快速地達到和跨越最高點，從而就會產(chǎn)生一種要被拋離的感覺，因為質(zhì)量中心正在加速向下，尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達頂峰附近時，小車廂就可能脫軌甩出去。車頭部的車廂情況就不同了，它的質(zhì)量中心在“身后”，在短時間內(nèi)，它雖然處在下降的狀態(tài)，但是它要“等待”質(zhì)量中心越過高點被引力推動。到達“瘋狂之圈”時，沿直線軌道行進的過山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時，乘客就會有一種被壓到軌道上的感覺，因為這時產(chǎn)生了一種表觀的離心力。事實上，在環(huán)形軌道上由于鐵軌與過山車相互作用產(chǎn)生了一種向心力。這種環(huán)形軌道是略帶橢圓形的，目的是為了“平衡”引力的制動效應(yīng)。當(dāng)過山車達到圓形軌道的最高點時，事實上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時，這種現(xiàn)象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機械制動裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由氣缸來控制的。

過山車歷史

如果說美國有一個過山車的搖籃，那么它就是紐約的科尼艾蘭。美國的第一部過山車1884年在這里誕生。對于過山車迷來說，這里是他們的“麥加圣城”?？颇岚m仍保留著1927年建造的最早的木質(zhì)過山車“颶風(fēng)號”。今天木質(zhì)過山車產(chǎn)生的神奇效果是在上個世紀(jì)20年代所無法想象的。辛辛那提郊外國王島上的“野獸之子”開創(chuàng)了令人震撼的新高度，它高66米，上下有65米的落差。“野獸之子”是第一部在360度環(huán)行路上翻轉(zhuǎn)的木質(zhì)過山車。這是一個創(chuàng)舉，因為人們曾認為這對木質(zhì)過山車來說是根本不可能的。“野獸之子”的赫赫有名絕非偶然。這是世界上最大的木質(zhì)過山車，它使用的木頭可以鋪成761公里長。雖然木質(zhì)車永遠不能與金屬車的多種翻轉(zhuǎn)方式相匹敵，但經(jīng)典的木質(zhì)過山車仍在過山車愛好者心中擁有不可取代的地位。納爾遜·賽亞爾福斯(過山車愛好者)：“我更喜歡木質(zhì)車，喜歡它震動和搖擺的節(jié)奏，當(dāng)過山車呼嘯而去時你甚至可以看見某些部件的運動。”在過山車興起的早期，只有傳統(tǒng)的木質(zhì)過山車。今天，過山車家族已經(jīng)有約30名成員，包括金屬過山車、懸掛式過山車、豎立式過山車以及穿梭式過山車等等。那些公園還在創(chuàng)造新名稱來吸引游樂者。“超級過山車”指的是任何一種高度超過61米的過山車。如果其高度達到91米，就被稱作“巨型過山車”。盡管名稱不同，造型各異，但是所有過山車的工作原理都是相同的。凱文·帕倫特(過山車設(shè)計者)：“我們一開始把過山車拉至軌道的頂峰，使過山車獲得巨大的能量，接著我們讓它駛完全程，回到車站。這基本上是一種能量交換過程。我們在一開始使它擁有能量，在快速行駛的過程中重新獲得能量。”為了把車拉到頂峰，大多數(shù)過山車使用鏈條和鏈齒輪系統(tǒng)，就像自行車的鏈條，但要重得多，只是鏈條發(fā)出的嗒嗒聲會被齒輪急促的響聲所取代。你聽到的呼呼的聲音來自線性同步發(fā)動機產(chǎn)生的瞬間速度。這類系統(tǒng)利用電磁體起動過山車。軌道內(nèi)部的磁體吸引裝在車底部的金屬板。隨著過山車駛過高架軌道，磁體從另一方向推開車體。但是不管是線性同步發(fā)動機還是鏈條把你拉向頂峰，使你落下來只有一種力量，那就是重力。在緊張的行駛過程中，三輪系統(tǒng)確保過山車不會脫離軌道。凱文·帕倫特：“首先是負重輪，它們在車站支持著過山車的負荷，就像一般的車一樣。接著是側(cè)導(dǎo)輪，它們使過山車處于軌道的中心并引導(dǎo)它通過整個行程。最后是阻塞輪，用于防止車子在翻轉(zhuǎn)行駛時偏離軌道。”過山車的輪子是用聚碳酸酯制造的，但是這種材料在高速行駛中磨損得很快，所以研制一種新型高質(zhì)量的材料成為過山車設(shè)計者們急于解決的問題。凱文·帕倫特：“目前使用頻率很高的過山車需要經(jīng)常維護并更換車輪，在炎熱的天氣中甚至要每天更換一些由于先進技術(shù)和材料的使用，新過山車的價格有可能提高到2500萬美元以上。但對于各個主題公園而言，這是值得的，有了新車的吸引，游玩人數(shù)可以增加10%以上。當(dāng)某個主題公園需要一部新過山車時，他們會去找世界上生產(chǎn)過山車的公司。其中歷史最悠久的公司是猶他州克利爾菲爾德的飛箭動力公司，該公司以其生產(chǎn)的環(huán)狀軌道的巨大落差和突然轉(zhuǎn)向而著稱。在生產(chǎn)一輛新車之前，設(shè)計師肯特·塞科首先要考慮公園所面向的群體的年齡，這將決定過山車應(yīng)當(dāng)更平穩(wěn)順暢一些還是更驚險刺激一些。然后才是空間和錢的問題。塞科將面臨一個艱難的挑戰(zhàn)，多莉山游樂園的負責(zé)人找到他，要求他為這個建在山上的游樂園設(shè)計一種新型過山車。但是層層環(huán)繞的群山幾乎沒有給他留下什么設(shè)計空間。肯特·塞科：“公園給了我們一份地形圖，標(biāo)明了沿山不同地點的高度。根據(jù)地形圖，我們設(shè)計了一部過山車，它利用公園特有的環(huán)山地勢，通過隧道穿梭于群山之間，與公園美麗的景致融為一體。”　一旦完規(guī)劃成，計算機程序會算出過山車經(jīng)過每個彎道的速度和重力。肯特·塞科：“你到達第一個峰底時受到3倍的重力，車的最快速度大約為每小時98公里。”塞科的計算必須盡可能地準(zhǔn)確，因為只有這樣，才能實現(xiàn)興奮與恐懼間的理想平衡。里克·特納：“對于過山車愛好者而言，重力是他們需要的東西。劇烈顛簸則是另一個問題。它令人不愉快，使許多人不愿意再坐過山車。”一旦設(shè)計得到批準(zhǔn)，飛箭動力公司便開始在它自己的工廠里制造過山車的每一個部件。長長的軌道被運往主題公園并在那里組裝，巨大的架子豎了起來。當(dāng)所有部件都各歸各位時，試車就開始了。加里·伊塞爾(飛箭動力公司，工程師)：“一旦過山車組裝完畢，我們一般用幾周的時間進行測試。在這期間過山車的所有部件、所有特性都將被反復(fù)測試，以確保運行萬無一失。”在多莉山游樂園與飛箭動力公司接觸之后僅16個月，新的命名為“田納西龍卷風(fēng)”的過山車就正式投入使用了。事實上，設(shè)計師們常常在過山車的出口處徘徊，他們想從乘車人那里獲得反饋。設(shè)計師凱文·帕倫特將這件事做到登峰造極的地步。凱文·帕倫特：“我在行程中的一個大落差處安裝了一部電話，我用我的受話器可以在千里之外聽到乘客們每38秒一次的尖叫聲，那是刺激的沖動，不是嗎?當(dāng)我撥通這個號碼，拿起電話，聽到乘車人的尖叫聲。這么說吧，我很激動，很開心，就是這樣的。”

過山車TOP10

全球十大最驚險京達卡　Kingda Ka美國新澤西州六旗大冒險樂園最快速度：206公里/時 最高點：139.5米“京達卡”是世界上最快、最高的過山車，號稱過山車之王。過山車瞬間由零加速至?xí)r速206公里，像火箭般直上，過程中有一次270度扭轉(zhuǎn)，到達139.5米高的頂點后猛地俯沖41層樓的高度，還有一次270度的扭動。然后，過山車又進行第二次攀爬，到達40米高，短暫的失重后，通過磁力剎車，全程28秒玩完，怕了嗎?因為京達卡刺激系數(shù)太高，所以只在4至10月份開放。超級賽車　Top Thrill Dragster美國俄亥俄州杉點樂園最快速度：193公里/時 最高點：128米“超級賽車”曾經(jīng)是世界第一，直到2005年京達卡的建成。超級賽車是一個“等級過山車”，完成完整的一圈有122到152米的不同高度。過山車在出發(fā)4秒內(nèi)達到最大速度，在開始攀爬到90度的傾斜彎時，有個逆時針的90度的翻轉(zhuǎn)，然后過山車直接沖到152米的高度，越過制高點從另一邊直下，再來個270度的順時針翻轉(zhuǎn)，然后促使電磁減速，使車既快又舒適的停止，僅30秒玩完。終極飛車　Dodonpa最快速度：172公里/時 最大落差：52米“終極飛車”啟動后在連續(xù)500米長的直線滑道上持續(xù)平穩(wěn)下滑，此段滑道被稱作“零G下滑”地段，然后以接近時速172km的速度向下行駛，乘客會感覺身體象漂浮在宇宙中一樣，近似失重狀態(tài)。此后，突然來了個急轉(zhuǎn)彎，猛然沖向52米的垂直聳立的塔形滑道，以時速120公里的速度飛馳而來的過山車垂直上升，即便在最高處，仍能保持每小時105公里的速度，然后毫不遲疑地垂直落下?？植乐ower of Terror澳大利亞昆士蘭州夢想世界最快速度：161公里/時 最高點：129米“恐怖之塔”的路線與前三名過山車不同，它是倒后型過山車。7秒鐘加速到161公里/時，一直沖上129米相當(dāng)于38層高的高度，隨著這種上升，在實行90度反轉(zhuǎn)前，有6.5秒的失重，然后倒著降落，往后加速俯沖的感覺比正面俯沖更為強烈更讓人害怕。超人：逃亡　Superman： The Escape美國加州六旗魔法山樂園最快速度：160公里/時 最高點：126米倒后型過山車“超人：逃亡”可能是這里面最有幽默感的，它的整體造型是個L字，在最頂點矗立著面向乘坐者的鋼鐵超人。沒有繞圈和扭轉(zhuǎn)，過山車7秒鐘內(nèi)加速到161公里/時，直直沖上126米的高度，暫停，6.5秒的失重就像超人飛天，再倒后俯沖風(fēng)馳電掣般地回落。鋼鐵之龍　Steel Dragon 2000日本長島溫泉公園最快速度：152.9公里/時 軌道長：2479米“鋼鐵之龍2000”是世界上軌道最長的過山車——2479米。它使用了傳統(tǒng)的鏈?zhǔn)教嵘?，由于梯傾斜度過長，所以有兩條鏈子，一個在底部的一半，一個在最高的一半。鏈子很長很重，至少有兩個過山車的重量。而這么結(jié)實的鏈子，所以可以同時安全地運行兩輛過山車。千禧力量　Millennium Force美國俄亥俄州雪松點公園　最快速度：149.7公里/時 最高點：94.4米“千禧力量”保持了10項世界記錄，其中一項是耗時最長、圈地最廣——2分20秒內(nèi)走過的軌道，圈起來的話覆蓋了5.2萬平方米。當(dāng)你以為一個大俯沖過后可以稍事安神時，第二個俯沖又緊接著來了，接著就是第三個、第四個，過山車可以說是以飛快的速度從頭到尾穿越了杉點樂園。太陽神　Titan美國德克薩斯州六旗樂園最快速度：136.7公里/時 最大落差：77.7米“太陽神”的設(shè)計者與第9名“巨人”的由同一個瑞士團隊設(shè)計，因此它倆有類似的夸張筋斗環(huán)和螺旋翻轉(zhuǎn)。軌道共長1584米，其間有一個接一個的上升俯沖、翻筋斗和螺旋翻轉(zhuǎn)。當(dāng)過山車從77.7米的高坡以136.5公里/時的速度沖進一條長36.5米的漆黑隧道，心臟和眼睛驟然同時收縮，這是最刺激的。巨人　Goliath美國加州六旗魔法山樂園最快速度：136.7公里/時 最大落差：77.7米“巨人”的速度排名第9、高度排名第7，而落差則排名第3。驚險環(huán)節(jié)里，它和“太陽神”一樣以136.5公里/時的速度俯沖下77.7米的高坡，但它的最特別之處在于緩行軌道上的數(shù)個小拱，乘坐者經(jīng)過這里就像騎著小兔子一樣上下顛簸，因此被公認為是世界上最娛樂的過山車。復(fù)仇幻影　Phantom's Revenge美國賓州肯尼伍德樂園最快速度：131.9公里/時 最大落差：69.4米“復(fù)仇幻影”的前身“鋼筋幻影”曾經(jīng)是世界排名第五的過山車，“復(fù)仇幻影”保留了傳統(tǒng)的鋼筋軌道，但大大增加了挑戰(zhàn)性，最快速度131.9公里/時、69.4米的落差、軌道進入地下的等等，而且“復(fù)仇幻影”取消了圓圈軌道和螺旋翻轉(zhuǎn)，只采用了翻坡道讓人們感受失重的落差。