核心概念
物理學
重力
勢能
動能
摩擦力
能量守恆
引言
你坐過過山車嗎？你有沒有想過自己設計一個？有很多昂貴的玩具甚至是電子遊戲可以讓你建造自己的過山車，但是在這個專案中，你將用紙和膠帶製作一個，並在此過程中瞭解過山車的物理原理！
背景
過山車完全是關於物理的！與汽車和火車等其他交通工具不同，過山車車廂沒有推動它們的發動機。相反，它們依靠重力勢能，這是透過最初被拖上一座大山而獲得的。（還有其他型別的勢能，例如彈性勢能，當你拉伸橡皮筋時就會產生這種能量。在這個專案中，我們將只討論重力勢能。）
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勢能由於物體的高度或離地高度而被“儲存”。當過山車車廂開始下山時，勢能會轉化為動能，即運動的能量。當過山車車廂再次爬上另一座山時，它將失去動能（減速）並再次獲得一些勢能。其中一部分也會由於空氣阻力和與軌道的摩擦而轉化為熱量，從而逐漸導致過山車減速。當過山車車廂透過環路、山丘和轉彎時，這個過程會持續進行，直到最終回到起點。
由於能量守恆（系統中能量的總量必須守恆），動能的總量和由於摩擦而損失的能量永遠不能超過過山車車廂最初擁有的勢能總量。這意味著過山車設計師必須確保過山車有足夠的初始勢能來透過其餘的軌道。這對設計施加了一些限制。例如，過山車車廂不能透過比初始山更高的環路或山丘，因為升高需要比它可用的能量更多的能量。如果軌道太長，摩擦力最終可能會導致過山車車廂完全停止。在這個專案中，你將在設計自己的過山車時考慮到這些因素。
材料
幾張紙（卡紙效果很好。）
膠帶
剪刀
尺子
鉛筆
一塊瓦楞紙板（大小可以根據你的過山車底面積來定）
彈珠
幫手（可選）
準備工作
為你的過山車軌道建立片段！
要構建直線軌道片：剪下一條三英寸的紙條。使用尺子和鉛筆繪製線條，將其分成三個一英寸寬的片段。沿著這些線條將外側的兩個片段向上摺疊 90 度。
要構建環路或山丘軌道片：首先使用與製作直線軌道片相同的步驟。然後在紙的兩長邊上每隔一英寸做一個標記。從這些標記向內切到你畫的長線上，在紙條的兩側形成一英寸的正方形標籤。將這些標籤向上摺疊 90 度。現在你可以彎曲紙來製作山丘或環路。將標籤粘在一起，使紙保持其形狀。在有幫手的情況下，這部分會更容易——一個人將紙固定到位，另一個人進行貼上。
要構建彎曲軌道片：首先使用與製作直線軌道片相同的步驟。在紙的一長邊上每隔一英寸做一個標記。然後從這些標記向內剪兩英寸。現在將紙的未剪邊摺疊 90 度，並將另一側的一英寸標籤向上摺疊 90 度。此軌道片的底部是靈活的，因為它有切口，因此你可以水平彎曲它以形成曲線。將標籤粘在一起，使紙保持其形狀。
要構建支撐支柱：剪下一條 2.5 英寸寬的紙條。使用鉛筆和尺子繪製線條，將其分成五個 0.5 英寸的片段。沿著這些片段摺疊，然後將它們摺疊成正方形（因此兩個片段重疊），並使用膠帶將其固定到位。從一端沿著邊緣剪一英寸的切口，然後將生成的標籤向外摺疊。這將使你可以將標籤平坦地貼上到一塊紙板上，以便你的支撐支柱可以垂直站立。
確保所有曲線、環路和山丘都是逐漸的。避免尖角，否則你的“過山車車廂”（你的彈珠）可能會撞毀並突然停止。
步驟
在開始構建之前，為你的過山車制定一個設計方案。在紙上畫出你的設計圖，並計算出你需要多少支撐和軌道片。記住在設計時考慮“背景”部分中的資訊。確保你的彈珠從山頂開始！
使用一塊瓦楞紙板作為底座，按照你的計劃組裝軌道。將軌道片段首尾相連地粘在一起。
將彈珠放在軌道的頂部，然後放開它。仔細觀察。發生了什麼？它是否一直到達軌道的終點？
如果彈珠一直到達了終點，請嘗試透過新增更多片段來延長你的軌道。在彈珠停止之前，你可以將你的軌道延長多長？
如果你的彈珠沒有到達終點，請嘗試找出原因。你的軌道上是否有彈珠卡住的地方？彈珠是否因速度太慢而無法透過環路？如有必要，請對你的設計進行更改，例如使曲線更平緩或使初始山更高，從而為彈珠提供更多勢能。再次嘗試。你能讓你的彈珠完成軌道嗎？
附加：你也可以使用泡沫管道絕緣材料（在五金店有售）而不是紙來製作過山車。這將使你可以更快地製作一個更大的過山車，因為它不涉及太多的切割、摺疊和貼上。有關示例，請參閱“更多探索”部分。
觀察和結果
如果你遵循了“背景”部分中討論的指南，你應該能夠設計出一個可用的過山車。由於總是會損失一些能量用於摩擦，因此你的初始山必須高於任何後續的山或環路，以便彈珠有足夠的能量透過。你的初始山越高，你的軌道就可以越長。如果你的軌道有任何過於急促的轉彎，彈珠可能會與牆壁碰撞，並在碰撞中損失大量能量。（這種能量會用於彎曲紙張。）如果這是一個真實的過山車，這對乘客來說將會是痛苦的甚至是危險的！這就是為什麼確保轉彎平穩和逐漸的原因。
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