知识就是力量杂志 - 少年科学粉每日一题 | 到游乐园玩了那么多次,你注意过这些隐藏的物理知识点吗?

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少年科学粉每日一题 | 到游乐园玩了那么多次,你注意过这些隐藏的物理知识点吗? - 后花园网文 - 大杂烩

少年科学粉每日一题 | 到游乐园玩了那么多次,你注意过这些隐藏的物理知识点吗? - 后花园网文 - 大杂烩

  撰文/周晓秋(安顺市实验学校,中学物理高级教师)

  本文节选自《知识就是力量》杂志

  游乐园是孩子们的快乐王国,激流勇进、天地双雄、蹦极、海盗船……许许多多的游乐项目让人体会到无限的刺激与欢乐。但是你知道吗,在你的尖叫声与欢笑声中,其实已经和经典物理学的奠基人牛顿不期而遇了很多次。

  想知道你都在哪里遇到过牛顿大神吗?快看过来,知力君今天为你揭秘!

  
激流勇进浪花溅

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  与过山车相似的激流勇进,其游船和流水也是被机械提升至各个不同的制高点,然后借助重力作用,沿水道顺势而下,将重力势能转换成游船和流水下行的动能,从而以较高的速度冲入低谷中的水道,在船头和两侧激起白色浪花,给人以无穷的乐趣和凉爽的感觉。

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天地双雄升降机

  天地双雄亦称太空梭、垂直极限或跳楼机等,比过山车更加惊险刺激。

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  当人们坐在天地双雄的座椅上,以2~4g的加速度在2秒左右的时间内快速上升到20~30层楼高的塔顶时,会有超重感。当座椅载着人们以接近1g的加速度下降时,人们又会有失重感。天地双雄急速的升降运动,使人们初步体验了宇航员乘坐火箭升空和乘坐返回舱返回地面时经受的超重与失重。然而,宇航员有时承受的超重现象达到8g,如此严酷的超重对普通人而言是非常危险的。

  那么为何会有超重和失重呢?原来,物体将其所受的重力向下作用于支撑物上,支撑物也对物体有一个向上的支持力,这就是牛顿第三定律阐述的作用力和反作用力的关系,二者等大反向。物体对支撑物的压力就是人们俗称的物体重量。当支撑物载着物体向上加速时,支撑物除继续承受物体重量外,还必须给物体一个向上的作用力,使其获得向上的加速度,此时支撑物对物体的支持力大于物体重量(或者说物体对支撑物的压力大于物体的重量)—即超重。反之,当支撑物载着物体向下加速时,物体对支撑物的压力小于物体的重量(甚至消失)—即失重

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蹦极一跃身如燕

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  跳蹦极的人,在重力作用下,以1g的重力加速度从数十米高空自由下落。人们在蹦极中能清晰地感受完全失重的状态。当然,不论是天地双雄还是蹦极运动,在人体即将接近地面或水面时,会通过机械或借助拉伸橡胶带形变,达到逐渐减速而确保安全的目的。这与石块的自由落体运动是不同的。蹦极中,牛顿以重力的形式与勇者同在。

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海盗船左摇右摆

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  海盗船借助电机,通过克服船体重力,使船体从最低点的平衡位置逐渐荡向平衡点一侧的最高点,将电能转换成船体上升后的机械能。关闭电机,依靠重力作用,海盗船从最高点绕着船身悬挂点,如单摆摆锤一样快速落下,将最高点的重力势能转化为下落过程中的动能。

  到达最低点的平衡位置时,因惯性而无法停止下来的海盗船,越过最低点的平衡位置,向另一侧荡上去,直到到达与刚才一侧几乎同样的高度。然后,又在重力势能的作用下,绕着海盗船的悬挂点重新落下。如此反复的摆动,给乘客仿佛置身于惊涛骇浪中的感受。

  原来,游乐园中有这么多以牛顿三大定律为基础的经典物理学知识的应用,这恐怕是人们来游乐园之前没有想到的。现在,大家应该对牛顿有所了解了,那么快约上朋友,到游乐园里去寻找他的踪迹吧!

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