第三十七期——螺旋循环

传统的过山车的重力势能通常是由开始时的那一段爬升所提供，这些重力势能会在过山车往下掉落时转换成动能。...



下次你看到过山车轨道所形成的垂直循环时，除了怀疑准会想让自己倾斜地倒挂飙过那疯狂的曲线外，还请注意，它的形状并不是圆的，而是一个倒过来的泪滴形。在数学上，我们把这种曲线称为螺旋循环 （ clothoid loop ），它是羊角螺线（ cornu spiral) 的一部分。过山车之所以使用这种形状的循环是基于确保安全的理由。

传统的过山车的重力势能通常是由开始时的那一段爬升所提供，这些重力势能会在过山车往下掉落时转换成动能。圆形循环要求车子在刚进人循环时的速度必须大于车子在循环中的速度，如此才能顺利地绕完个循环。圆形循环所需的较大进人速度会让乘客在循环的下半部时感受到较大的向心加速度以及危险的 G 力（ g-force ，位于地球表而的静上物体所感受到的 G 力为 lg ）

举例来说，如果你把螺旋循环和圆交叠在一起（见上图），螺旋循环的顶端比圆形的顶端低。由于过山车在过循环的顶端后会把它的动能转换成势能，因此只要较低的速度与较小的 G 力，就能抵达螺旋循环较低的．顷端。同时其顶端部分较短的弧线，也能让车子在这个头下脚上且移动缓慢的位置停留较短的时间。

这种泪滴形的轨道最早出现在网， 1901 年，当时的发明者荇雷斯科特在纽约的康尼岛建造了一座名为连环圈  的过山车。普雷斯科特的力学知识大都是自学而来。他在 1898 年曾经建造过一座使用圆形循环的“离心轨道”（ centrifugal railway ），但是车子在高速下环绕轨道时突然产生的向心加速度会对乘客的身体产生太大的负担。普雷斯科特在 1901 年得到泪滴状轨道的设计专利。

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