核心概念
物理学
重力
势能
动能
摩擦力
能量守恒
引言
你坐过过山车吗？你有没有想过自己设计一个？有很多昂贵的玩具甚至是电子游戏可以让你建造自己的过山车，但是在这个项目中，你将用纸和胶带制作一个，并在此过程中了解过山车的物理原理！
背景
过山车完全是关于物理的！与汽车和火车等其他交通工具不同，过山车车厢没有推动它们的发动机。相反，它们依靠重力势能，这是通过最初被拖上一座大山而获得的。（还有其他类型的势能，例如弹性势能，当你拉伸橡皮筋时就会产生这种能量。在这个项目中，我们将只讨论重力势能。）
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势能由于物体的高度或离地高度而被“储存”。当过山车车厢开始下山时，势能会转化为动能，即运动的能量。当过山车车厢再次爬上另一座山时，它将失去动能（减速）并再次获得一些势能。其中一部分也会由于空气阻力和与轨道的摩擦而转化为热量，从而逐渐导致过山车减速。当过山车车厢通过环路、山丘和转弯时，这个过程会持续进行，直到最终回到起点。
由于能量守恒（系统中能量的总量必须守恒），动能的总量和由于摩擦而损失的能量永远不能超过过山车车厢最初拥有的势能总量。这意味着过山车设计师必须确保过山车有足够的初始势能来通过其余的轨道。这对设计施加了一些限制。例如，过山车车厢不能通过比初始山更高的环路或山丘，因为升高需要比它可用的能量更多的能量。如果轨道太长，摩擦力最终可能会导致过山车车厢完全停止。在这个项目中，你将在设计自己的过山车时考虑到这些因素。
材料
几张纸（卡纸效果很好。）
胶带
剪刀
尺子
铅笔
一块瓦楞纸板（大小可以根据你的过山车底面积来定）
弹珠
帮手（可选）
准备工作
为你的过山车轨道创建片段！
要构建直线轨道片：剪下一条三英寸的纸条。使用尺子和铅笔绘制线条，将其分成三个一英寸宽的片段。沿着这些线条将外侧的两个片段向上折叠 90 度。
要构建环路或山丘轨道片：首先使用与制作直线轨道片相同的步骤。然后在纸的两长边上每隔一英寸做一个标记。从这些标记向内切到你画的长线上，在纸条的两侧形成一英寸的正方形标签。将这些标签向上折叠 90 度。现在你可以弯曲纸来制作山丘或环路。将标签粘在一起，使纸保持其形状。在有帮手的情况下，这部分会更容易——一个人将纸固定到位，另一个人进行粘贴。
要构建弯曲轨道片：首先使用与制作直线轨道片相同的步骤。在纸的一长边上每隔一英寸做一个标记。然后从这些标记向内剪两英寸。现在将纸的未剪边折叠 90 度，并将另一侧的一英寸标签向上折叠 90 度。此轨道片的底部是灵活的，因为它有切口，因此你可以水平弯曲它以形成曲线。将标签粘在一起，使纸保持其形状。
要构建支撑支柱：剪下一条 2.5 英寸宽的纸条。使用铅笔和尺子绘制线条，将其分成五个 0.5 英寸的片段。沿着这些片段折叠，然后将它们折叠成正方形（因此两个片段重叠），并使用胶带将其固定到位。从一端沿着边缘剪一英寸的切口，然后将生成的标签向外折叠。这将使你可以将标签平坦地粘贴到一块纸板上，以便你的支撑支柱可以垂直站立。
确保所有曲线、环路和山丘都是逐渐的。避免尖角，否则你的“过山车车厢”（你的弹珠）可能会撞毁并突然停止。
步骤
在开始构建之前，为你的过山车制定一个设计方案。在纸上画出你的设计图，并计算出你需要多少支撑和轨道片。记住在设计时考虑“背景”部分中的信息。确保你的弹珠从山顶开始！
使用一块瓦楞纸板作为底座，按照你的计划组装轨道。将轨道片段首尾相连地粘在一起。
将弹珠放在轨道的顶部，然后放开它。仔细观察。发生了什么？它是否一直到达轨道的终点？
如果弹珠一直到达了终点，请尝试通过添加更多片段来延长你的轨道。在弹珠停止之前，你可以将你的轨道延长多长？
如果你的弹珠没有到达终点，请尝试找出原因。你的轨道上是否有弹珠卡住的地方？弹珠是否因速度太慢而无法通过环路？如有必要，请对你的设计进行更改，例如使曲线更平缓或使初始山更高，从而为弹珠提供更多势能。再次尝试。你能让你的弹珠完成轨道吗？
附加：你也可以使用泡沫管道绝缘材料（在五金店有售）而不是纸来制作过山车。这将使你可以更快地制作一个更大的过山车，因为它不涉及太多的切割、折叠和粘贴。有关示例，请参阅“更多探索”部分。
观察和结果
如果你遵循了“背景”部分中讨论的指南，你应该能够设计出一个可用的过山车。由于总是会损失一些能量用于摩擦，因此你的初始山必须高于任何后续的山或环路，以便弹珠有足够的能量通过。你的初始山越高，你的轨道就可以越长。如果你的轨道有任何过于急促的转弯，弹珠可能会与墙壁碰撞，并在碰撞中损失大量能量。（这种能量会用于弯曲纸张。）如果这是一个真实的过山车，这对乘客来说将会是痛苦的甚至是危险的！这就是为什么确保转弯平稳和逐渐的原因。
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