过山车是怎样运作的

提升坡：储存能量

几乎每趟旅程的开头都一样：链条或缆索把列车慢慢拉上提升坡，让乘客看清自己要去多高。电机输入的能量以势能的形式储存起来：列车的质量乘以重力，再乘以高度。这是经典过山车得到的唯一能量，剩下的旅程都在消耗它。

弹射过山车跳过了爬坡。轨道里的直线电机，或液压、气动弹射装置，在几秒内把列车以全速弹出站台，之后它能爬上比任何提升坡都高的山坡。

落差：高度变成速度

下坡时，势能转化为动能（速度）。如果没有任何损失，底部速度就是 v = √(2 g h)，轻列车和重列车都一样：60 m落差之后约34 m/s（124 km/h），而 Park Baron 巨型过山车最高可爬升的157 m落差之后约55 m/s（200 km/h）。我们的G 力计算器可以算出任何高度的结果。

从这以后，列车在每个坡上都会用速度换回高度。它永远无法再爬到提升坡那么高，因为一路上总会有损失。

摩擦和空气：能量去了哪里

在钢轨上滚动的车轮、轴承，尤其是推挡列车的空气，会把一部分能量变成热量和噪音。空气阻力随速度的平方增长，所以旅程中最快的部分损失最多。这就是为什么第一个坡之后的每个坡都更低，也是为什么长旅程的最后一段往往更慢、更曲折。

Park Baron 也模拟了同样的效果：每种过山车类型都有自己的摩擦（咔嗒作响的木制过山车损失最多，巨型过山车最少），还有随速度增长的阻力。如果你让列车去爬一个它已经没有足够能量翻越的坡，试运行就会卡住，并指出列车滑回的那段轨道。

回环，以及它为什么是水滴形

在垂直回环中，轨道必须推着乘客转过弯道。在顶部，重力会帮忙，所以列车只需要足够的速度让乘客留在座位上。问题出在正圆形上：顶部速度刚好够的话，乘客在底部会感受到大约六倍于自身的重量。1890年代早期的圆形回环，比如 Coney Island 的 Flip Flap Railway，就以伤脖子而出名。

解决办法是水滴形（回旋曲线）的回环，1976年首次用在现代过山车上：曲线在列车慢的顶部紧，在列车快的底部宽。这样一整圈的 G 力都均匀得多。

乘客的感受：G 力

乘客把加速度感受为重量。静坐时是1 g。在落差底部的谷底，他们会被几倍的 G 力压进座位；越过高速坡顶时会变轻，低于0 g时会飘起来顶住压腿杆：这就是过山车迷最爱的“腾空感”。高速弯道中左右方向的（横向）G 力最不舒服，所以真实的轨道会在弯道处倾斜。

设计师会让强烈的力保持短暂。ASTM F2291 等标准对零点几秒的允许值高于数秒的允许值，对负 G 力的允许值也低于正 G 力。

刹车和区段：安全停车

过山车以刹车段收尾：列车上的刹车片从刹车夹或磁铁之间穿过，使它减速，所以列车总是以步行速度回到站台。区段刹车把线路分成几段，只有前一段的列车离开后，下一列才能进入。这让繁忙的过山车能同时跑两三列车，而它们永远不会相遇。

在 Park Baron 的编辑器里看一看

在 Park Baron 中，你一段一段地搭建过山车，并在开放前试运行。“图表”标签页会逐秒绘制整趟旅程的速度、高度以及垂直和横向 G 力，让你看清能量去了哪里、哪个弯道拉得太猛。每个问题都会被指出：卡住时指向那个坡，区段问题指向缺少的刹车。