游乐园是孩子们的快乐王国，过山车、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，这就为你揭秘！
过山车
走进游乐园，过山车那充满惊险的三维空间超高速运动，往往最能激起青少年探险的兴趣。
没有动力也能走完全程
过山车亦称云霄飞车，虽然全球的过山车种类繁多，但无论哪一种，其本身都无动力。虽然过山车没有动力，但它的速度却并不低，最高时速可达240千米。有的过山车从130多米的高空俯冲下来，百公里加速仅需1秒，而世界名车法拉利也需3.1秒。那么，过山车的动力究竟源自哪里呢？原来，过山车起步时依靠机械牵引或弹射等方式，使它从整条轨道最低处爬升到最高点，将其他形式的能量转换成过山车最大的重力势能—这就是过山车走完全程所需的全部能量。而重力势能的形成，是因为物体间都存在着相互吸引的力—万有引力。看，我们在这里与万有引力的发现者牛顿相遇了。
能量之间自由转换
处在制高点上的过山车在重力作用下，获得了向下的加速度。牛顿第二定律就揭示了力的这种作用效果。随着过山车从最高点快速滑下，其势能快速减小，动能快速增大。到达最低点时，根据能量守恒定律，过山车的能量不会消失，而是将势能全部转换为过山车的动能（忽略摩擦及空气阻力）。当运动到最低点时，过山车并不会停下来，它借助动能又冲上下一个的制高点，动能又迅即转换为过山车的势能。
倒悬为何有惊无险
当过山车越过垂直立面轨道顶端时，人和车呈倒悬状态，让人惊恐不已。其实过山车通过倒悬路段时，做高速圆周运动的人和车都获得了较大的惯性。在惯性作用下，人和车都紧贴着轨道运动。此时，即便取掉固定人和车的护具，人和车都不会掉下来。在这里，牛顿又以惯性的形式与大家见面了。当然，为安全起见，运行中不允许取掉任何安全护具。
制高点高度逐次降低
实际上，由于摩擦和空气阻力并不能忽略，因此过山车要消耗一定的机械能来克服摩擦和空气阻力。根据能量守恒，过山车的机械能会在运动中不断减小。由于能量减小，而质量和重力加速度都未改变，所以过山车所能越过的制高点只能逐次降低了。
（重力势能是过山车运动的能量源泉）
激流勇进
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。看来在水上项目中，牛顿也陪同大家一起游乐。
（游船借助重力作用顺流而下）
天地双雄
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。
体验宇航员的感受
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。
为何会有超重和失重
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。可见，牛顿在这里也没有闲着，随时等着大家光临。
（急速的升降运动使人们体验了超重和失重）
蹦极
临空一跃身如燕，疑似大圣下九天。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。
（人在蹦极中能清晰地感受完全失重的状态）
碰碰车天网供电
因供电方式不同，碰碰车分为电网碰碰车和电瓶碰碰车两类。其中电网碰碰车的电能由碰碰车场地上空的天网和地面的地网提供。车场的上空和地面都铺设了与外界绝缘的金属板，分别与电源两级相连。碰碰车尾竖着的弹簧天线与空中金属板形成滑动式连接，车底装有电刷，与地面金属板连接。控制台闭合电闸后，上下金属板、电源和碰碰车电动机构成闭合电路，电机将电能转换成机械能，从而连续驱动碰碰车自由行驶。
碰撞的力量
碰碰车相撞的瞬间，好像有一股强大的力量将车上的乘客抛向对面，在安全带的束缚下，人才避免了被抛出的危险。这种现象，是因为人们又遇到了牛顿发现的惯性。相撞前，车上的乘客与所乘车辆以同样的速度运动。相撞瞬间，两车因撞击而停止，但乘客的上半身并未与车身连为一体，牛顿第一定律告诉我们，在惯性作用下，人体仍继续保持原来的运动趋势，故而出现车上乘客扑向前方的现象。
碰碰车相撞中，虽然是一方主动撞击，一方被动受撞，但牛顿第三定律告诉我们，主动撞击的车给被撞车一个作用力，受撞击车在受撞击的同时，也会给主动撞击的车一个等大的反作用力，相撞车辆之间并不因为主动与否而改变彼此受力的大小。
（碰撞中凸显了惯性对人的影响）
海盗船
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。在海盗船中，我们依然能看到牛顿万有引力和第二定律的身影。
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！
编辑：齐敏
新媒体编辑：姚迪
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（作者：周晓秋，安顺市实验学校，中学物理高级教师，原创作品）
