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物理過山車有多少個自由度

發布時間:2023-08-31 18:26:10

㈠ 過山車的主要原理

過山車的主要應用的是能量守恆、加速度和力的物理學原理。

剛開始過山車的小列車是依靠彈射器的推力或者鏈條爬上最高點的,但在第一次下行後,就再也沒有任何裝置為它提供動力。從這時起,帶動它沿軌道行駛的唯一的「發動機」將是重力勢能,即由勢能轉化為動能、又由動能轉化為重力勢能這樣一種不斷轉化的過程構成的。

過山車的豎直立環是一種離心機裝置,當列車接近回環時,乘客的慣性速度筆直地指向前方。但車廂一直沿軌道行進,使乘客的身體無法按直線運動。於是重力推著乘客離開車廂的地板,而慣性則將乘客向地板方向擠壓。

當列車沿著回環移動時,作用在乘客身上的合力在不斷地變化。在回環的最底部,因為加速度朝上,所以軌道對遊客向上的支撐力要大於重力,此時遊客可以感覺到超重的現象,即感覺特別沉重。當一路沖上回環時,重力則把乘客向地板的方向推。

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有高度近視的人,應避免可能發生眼部碰撞及增加眼壓的劇烈運動,如坐過山車等。高度近視的人在進行劇烈運動時,急速轉彎、向下俯沖等動作,會在瞬間使眼球壓力劇增,相當於眼睛挨了一記重拳,造成視網膜脫離。輕者能挽回部分視力,重者可能發生不可逆的失明、眼球萎縮。

兒童的神經系統對外來刺激的承受能力較脆弱,驚險的游樂項目易使嬰幼兒受到驚嚇,造成腦震盪、視網膜損傷及驚厥等疾病,影響孩子的智力發育及身心健康。如孩子一定要玩或父母想要鍛煉孩子膽量,宜選擇一些運轉緩慢、行駛平穩的電動車、碰碰船、轉椅等游樂項目。

㈡ 物理中自由度怎麼理解

物理中自由度怎麼理解

自由度是系統約束流形的切空間的維度;在通常的有窮維流形上,切空間和流形維度相同。
哈密頓和拉格朗日力學中,研究對象是受到約束的物體的運動。我這里把情況簡化到剛體或質點受到完備的(holonomic)約束。
所謂完備約束,就是說系統中所有質點的位置滿足如下形式的方程組F(x1,x2,...xm)=0, 其中x們是質點在R^3中的位置。F是一個映射到R^n的光滑函數,且dF在任何開集上不為0。於是,系統中的對象在約束下的所有可能位置就是一個3m-n維的流形。比如單擺的可能位置是一個球殼(2維流形);過山車的可能位置是它的軌道(1維流形);宇宙中的一個石塊(不是質點)的可能位置是它的重心位置和它的歐拉角指向(6維流形),位置是個R^3,指向是個SO3(歐拉角是SO3的一種表示方法)。流形就是光滑曲面/線/體的嚴格說法。
所謂描述一個n維系統中質點的位置,就是用R^n去光滑的參數化這個系統。比如經緯度參數化地球表面一個運動的質點。
流形的切空間就是對象處於某位置時,所有可能的速度。盡管流形,即對象的所有可能位置,不一定是平的;對象在某點的速度卻一定是個R^n中的向量,也就是說切空間一定是平的。宇宙中的石塊在某一點,可能有線速度和角速度,都是3維向量,我們就說它的切空間(速度的空間)是6維向量空間。單擺的軌跡是曲線,可是某一點處,它的速度一定是圓的某條切線,是個平坦的空間。
所謂自由度就是切空間,或者說速度空間的維度,通常也是流形的維度。
這里只是很潦草的解釋,具體可以參照

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