过山车(Roller coaster，或又称为云霄飞车)是一种机动游乐设施，常见于游乐园和主题乐园中。拉马库斯·阿德纳·汤普森(LaMarcus Adna Thompson)是第一个注册过山车相关专利技术的人(1865年1月20日)，并曾制造过十数个过山车设施，因此被誉称为“重力之父”(Father of Gravity)。一个基本的过山车构造中，包含了爬升、滑落、倒转，其轨道的设计不一定是一个完整的回圈，也可以设计为车体在轨道上的运行方式为来回移动。大部分过山车的每个乘坐车厢可容纳2人、4 人或6人，这些车厢利用勾子相互连结起来，就像火车一样。过山车虽然惊悚恐怖，但是基本上是非常安全的设施。电影《绝命终结站 3》当中宣称过山车的事故率约为2亿5000万分之1，而现实当中，真正的数字可能还更低。根据美国消费者产品安全委员会(CPSC)和六旗乐园(Six Flags)的调查显示，2001 年当中搭乘过山车的死亡率约为15亿分之1。这意味着：游客死于驾车前往游乐园途中的机率反而大些。在钢铁制过山车中，日本长岛温泉游乐园中的过山车Steel Dragon 2000，全长2479公尺，是最长的过山车。第二名是位于英国Lightwater Valley中的The Ultimate，全长2271公尺，第三长的Millennium Force位于美国俄亥俄州Cedar Point乐园。

 过山车原理

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。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了。当然，如果你受身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。在施行刚刚开始时，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”将是引力热能，即由引力热能转化为动能、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，即引力热能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的热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)，但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。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，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那样的高度所需要的机械能了过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实丰，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能够快速地达到和跨越最高点，从而就会产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下，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，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”质量中心越过高点被引力推动。到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了一种向心力。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。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。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。

过山车历史

如果说美国有一个过山车的摇篮，那么它就是纽约的科尼艾兰。美国的第一部过山车1884年在这里诞生。对于过山车迷来说，这里是他们的“麦加圣城”。科尼艾兰仍保留着1927年建造的最早的木质过山车“飓风号”。今天木质过山车产生的神奇效果是在上个世纪20年代所无法想象的。辛辛那提郊外国王岛上的“野兽之子”开创了令人震撼的新高度，它高66米，上下有65米的落差。“野兽之子”是第一部在360度环行路上翻转的木质过山车。这是一个创举，因为人们曾认为这对木质过山车来说是根本不可能的。“野兽之子”的赫赫有名绝非偶然。这是世界上最大的木质过山车，它使用的木头可以铺成761公里长。虽然木质车永远不能与金属车的多种翻转方式相匹敌，但经典的木质过山车仍在过山车爱好者心中拥有不可取代的地位。纳尔逊·赛亚尔福斯(过山车爱好者)：“我更喜欢木质车，喜欢它震动和摇摆的节奏，当过山车呼啸而去时你甚至可以看见某些部件的运动。”在过山车兴起的早期，只有传统的木质过山车。今天，过山车家族已经有约30名成员，包括金属过山车、悬挂式过山车、竖立式过山车以及穿梭式过山车等等。那些公园还在创造新名称来吸引游乐者。“超级过山车”指的是任何一种高度超过61米的过山车。如果其高度达到91米，就被称作“巨型过山车”。尽管名称不同，造型各异，但是所有过山车的工作原理都是相同的。凯文·帕伦特(过山车设计者)：“我们一开始把过山车拉至轨道的顶峰，使过山车获得巨大的能量，接着我们让它驶完全程，回到车站。这基本上是一种能量交换过程。我们在一开始使它拥有能量，在快速行驶的过程中重新获得能量。”为了把车拉到顶峰，大多数过山车使用链条和链齿轮系统，就像自行车的链条，但要重得多，只是链条发出的嗒嗒声会被齿轮急促的响声所取代。你听到的呼呼的声音来自线性同步发动机产生的瞬间速度。这类系统利用电磁体起动过山车。轨道内部的磁体吸引装在车底部的金属板。随着过山车驶过高架轨道，磁体从另一方向推开车体。但是不管是线性同步发动机还是链条把你拉向顶峰，使你落下来只有一种力量，那就是重力。在紧张的行驶过程中，三轮系统确保过山车不会脱离轨道。凯文·帕伦特：“首先是负重轮，它们在车站支持着过山车的负荷，就像一般的车一样。接着是侧导轮，它们使过山车处于轨道的中心并引导它通过整个行程。最后是阻塞轮，用于防止车子在翻转行驶时偏离轨道。”过山车的轮子是用聚碳酸酯制造的，但是这种材料在高速行驶中磨损得很快，所以研制一种新型高质量的材料成为过山车设计者们急于解决的问题。凯文·帕伦特：“目前使用频率很高的过山车需要经常维护并更换车轮，在炎热的天气中甚至要每天更换一些由于先进技术和材料的使用，新过山车的价格有可能提高到2500万美元以上。但对于各个主题公园而言，这是值得的，有了新车的吸引，游玩人数可以增加10%以上。当某个主题公园需要一部新过山车时，他们会去找世界上生产过山车的公司。其中历史最悠久的公司是犹他州克利尔菲尔德的飞箭动力公司，该公司以其生产的环状轨道的巨大落差和突然转向而着称。在生产一辆新车之前，设计师肯特·塞科首先要考虑公园所面向的群体的年龄，这将决定过山车应当更平稳顺畅一些还是更惊险刺激一些。然后才是空间和钱的问题。塞科将面临一个艰难的挑战，多莉山游乐园的负责人找到他，要求他为这个建在山上的游乐园设计一种新型过山车。但是层层环绕的群山几乎没有给他留下什么设计空间。肯特·塞科：“公园给了我们一份地形图，标明了沿山不同地点的高度。根据地形图，我们设计了一部过山车，它利用公园特有的环山地势，通过隧道穿梭于群山之间，与公园美丽的景致融为一体。”　一旦完规划成，计算机程序会算出过山车经过每个弯道的速度和重力。肯特·塞科：“你到达第一个峰底时受到3倍的重力，车的最快速度大约为每小时98公里。”塞科的计算必须尽可能地准确，因为只有这样，才能实现兴奋与恐惧间的理想平衡。里克·特纳：“对于过山车爱好者而言，重力是他们需要的东西。剧烈颠簸则是另一个问题。它令人不愉快，使许多人不愿意再坐过山车。”一旦设计得到批准，飞箭动力公司便开始在它自己的工厂里制造过山车的每一个部件。长长的轨道被运往主题公园并在那里组装，巨大的架子竖了起来。当所有部件都各归各位时，试车就开始了。加里·伊塞尔(飞箭动力公司，工程师)：“一旦过山车组装完毕，我们一般用几周的时间进行测试。在这期间过山车的所有部件、所有特性都将被反复测试，以确保运行万无一失。”在多莉山游乐园与飞箭动力公司接触之后仅16个月，新的命名为“田纳西龙卷风”的过山车就正式投入使用了。事实上，设计师们常常在过山车的出口处徘徊，他们想从乘车人那里获得反馈。设计师凯文·帕伦特将这件事做到登峰造极的地步。凯文·帕伦特：“我在行程中的一个大落差处安装了一部电话，我用我的受话器可以在千里之外听到乘客们每38秒一次的尖叫声，那是刺激的冲动，不是吗?当我拨通这个号码，拿起电话，听到乘车人的尖叫声。这么说吧，我很激动，很开心，就是这样的。”

过山车TOP10

全球十大最惊险京达卡　Kingda Ka美国新泽西州六旗大冒险乐园最快速度：206公里/时 最高点：139.5米“京达卡”是世界上最快、最高的过山车，号称过山车之王。过山车瞬间由零加速至时速206公里，像火箭般直上，过程中有一次270度扭转，到达139.5米高的顶点后猛地俯冲41层楼的高度，还有一次270度的扭动。然后，过山车又进行第二次攀爬，到达40米高，短暂的失重后，通过磁力刹车，全程28秒玩完，怕了吗?因为京达卡刺激系数太高，所以只在4至10月份开放。超级赛车　Top Thrill Dragster美国俄亥俄州杉点乐园最快速度：193公里/时 最高点：128米“超级赛车”曾经是世界第一，直到2005年京达卡的建成。超级赛车是一个“等级过山车”，完成完整的一圈有122到152米的不同高度。过山车在出发4秒内达到最大速度，在开始攀爬到90度的倾斜弯时，有个逆时针的90度的翻转，然后过山车直接冲到152米的高度，越过制高点从另一边直下，再来个270度的顺时针翻转，然后促使电磁减速，使车既快又舒适的停止，仅30秒玩完。终极飞车　Dodonpa最快速度：172公里/时 最大落差：52米“终极飞车”启动后在连续500米长的直线滑道上持续平稳下滑，此段滑道被称作“零G下滑”地段，然后以接近时速172km的速度向下行驶，乘客会感觉身体象漂浮在宇宙中一样，近似失重状态。此后，突然来了个急转弯，猛然冲向52米的垂直耸立的塔形滑道，以时速120公里的速度飞驰而来的过山车垂直上升，即便在最高处，仍能保持每小时105公里的速度，然后毫不迟疑地垂直落下。恐怖之塔　Tower of Terror澳大利亚昆士兰州梦想世界最快速度：161公里/时 最高点：129米“恐怖之塔”的路线与前三名过山车不同，它是倒后型过山车。7秒钟加速到161公里/时，一直冲上129米相当于38层高的高度，随着这种上升，在实行90度反转前，有6.5秒的失重，然后倒着降落，往后加速俯冲的感觉比正面俯冲更为强烈更让人害怕。超人：逃亡　Superman： The Escape美国加州六旗魔法山乐园最快速度：160公里/时 最高点：126米倒后型过山车“超人：逃亡”可能是这里面最有幽默感的，它的整体造型是个L字，在最顶点矗立着面向乘坐者的钢铁超人。没有绕圈和扭转，过山车7秒钟内加速到161公里/时，直直冲上126米的高度，暂停，6.5秒的失重就像超人飞天，再倒后俯冲风驰电掣般地回落。钢铁之龙　Steel Dragon 2000日本长岛温泉公园最快速度：152.9公里/时 轨道长：2479米“钢铁之龙2000”是世界上轨道最长的过山车——2479米。它使用了传统的链式提升，由于梯倾斜度过长，所以有两条链子，一个在底部的一半，一个在最高的一半。链子很长很重，至少有两个过山车的重量。而这么结实的链子，所以可以同时安全地运行两辆过山车。千禧力量　Millennium Force美国俄亥俄州雪松点公园　最快速度：149.7公里/时 最高点：94.4米“千禧力量”保持了10项世界记录，其中一项是耗时最长、圈地最广——2分20秒内走过的轨道，圈起来的话覆盖了5.2万平方米。当你以为一个大俯冲过后可以稍事安神时，第二个俯冲又紧接着来了，接着就是第三个、第四个，过山车可以说是以飞快的速度从头到尾穿越了杉点乐园。太阳神　Titan美国德克萨斯州六旗乐园最快速度：136.7公里/时 最大落差：77.7米“太阳神”的设计者与第9名“巨人”的由同一个瑞士团队设计，因此它俩有类似的夸张筋斗环和螺旋翻转。轨道共长1584米，其间有一个接一个的上升俯冲、翻筋斗和螺旋翻转。当过山车从77.7米的高坡以136.5公里/时的速度冲进一条长36.5米的漆黑隧道，心脏和眼睛骤然同时收缩，这是最刺激的。巨人　Goliath美国加州六旗魔法山乐园最快速度：136.7公里/时 最大落差：77.7米“巨人”的速度排名第9、高度排名第7，而落差则排名第3。惊险环节里，它和“太阳神”一样以136.5公里/时的速度俯冲下77.7米的高坡，但它的最特别之处在于缓行轨道上的数个小拱，乘坐者经过这里就像骑着小兔子一样上下颠簸，因此被公认为是世界上最娱乐的过山车。复仇幻影　Phantom's Revenge美国宾州肯尼伍德乐园最快速度：131.9公里/时 最大落差：69.4米“复仇幻影”的前身“钢筋幻影”曾经是世界排名第五的过山车，“复仇幻影”保留了传统的钢筋轨道，但大大增加了挑战性，最快速度131.9公里/时、69.4米的落差、轨道进入地下的等等，而且“复仇幻影”取消了圆圈轨道和螺旋翻转，只采用了翻坡道让人们感受失重的落差。