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游乐园中翻滚的过山车不掉下来的原因,利用科学原理解释一下,THANKS
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游乐园中翻滚的过山车不掉下来的原因,利用科学原理解释一下,THANKS
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答案和解析
与向心力有关,原理较复杂.根据牛顿第一定律,在没有外力的影响下,物体会沿直线作均速运动.如果过山车没有受外力作用,就会沿轨道切线的方向运动 .但既然过山车会转弯,就必定有力的作用.假设过山车的质量是mg,正以速度v前进,而过山车的轨道是个半径为r的圆形,那么所需的向心力便是mv^2/r.问题是,这个力从何而来?
为了简单起见,让我们考虑过山车在最高点的情况 .如果过山车在最高点仍有很高的速度v,转弯所需要的向心力mv^2/r便会比较大.过山车本身的重量mg固然可提供部分的向心力,但假如所需的向心力比车的重量大 (mv^2/r>mg),部分所需的向心力便要由路轨给予过山车的反作用力N提供,两部分加起来我们有mg+N=mv^2/r.此时如果速度v越大,过山车与路轨之间的相互作用力也越大,它便越紧贴着路轨,不会掉下来.相反,如果过山车的速度v较低,作用力就会较小甚至接近零,过山车便很容易掉下来了.换句话说,过山车不会掉下来,是因为它有很高的速度.就好象你在行驶中的汽车/轮船上起跳,当落下时也会在起跳的原地的道理如出一辙.
为了简单起见,让我们考虑过山车在最高点的情况 .如果过山车在最高点仍有很高的速度v,转弯所需要的向心力mv^2/r便会比较大.过山车本身的重量mg固然可提供部分的向心力,但假如所需的向心力比车的重量大 (mv^2/r>mg),部分所需的向心力便要由路轨给予过山车的反作用力N提供,两部分加起来我们有mg+N=mv^2/r.此时如果速度v越大,过山车与路轨之间的相互作用力也越大,它便越紧贴着路轨,不会掉下来.相反,如果过山车的速度v较低,作用力就会较小甚至接近零,过山车便很容易掉下来了.换句话说,过山车不会掉下来,是因为它有很高的速度.就好象你在行驶中的汽车/轮船上起跳,当落下时也会在起跳的原地的道理如出一辙.
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