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    U型池上的速度奥秘

    来源: 吉林科技馆

    更新时间 :2017-10-30


           大家喜爱的水上滑梯、过山车等娱乐项目 ,是因为有大量的曲线轨道,才给人带来这么多的惊喜与刺激。两点之间产生最快速度的曲线,被我们称为“最速降线“。U型池就是最速降线的最好诠释。

           无论是水上滑梯、过山车还是U型池运动项目,为了让体验者在享受速度的过程中,能够最大程度地保障安全,在各类轨道设施的设计中 ,工程师一般只会将最速降线安排在初始阶段,起到一个辅助加速 、提升加速效率的作用。那么,明白了曲线轨道下降速度的奥秘,学会调整好身体姿态,控制好重心,用科学来指导运动,从而才能达到健康又安全的健身目的,又可以享受极限运动带来的速度与激情了。
          U型池是什么? 如今 ,参加极限运动已经成为都市青年最流行、最持久的时尚,甚至是梦寐以求的愿望。然而,无论是滑雪竞技、花样自行车还是极限滑板运动,都会有一种特殊的竞技赛道 ,那就是U型池。
           以滑雪为例,利用U型池带来的极限速度,运动员可以在规定的短短一分钟左右时间完成滑降 、加速、腾空等动作,裁判员以他腾空的高度和动作难度来评估分数 ,滑板和自行车U型池运动的比赛准则也基本类似 ,而运动员只有驾驭好速度和身体的平衡才能完成一连串高难度动作。
           哪一条曲线是最速降线? 我们都知道一个简单的道理,那就是两点之间直线最近,但事实上 ,两点之间并不是直线最快 。这是由于曲线轨道上的小球先到达了最高速度,所以先到达。然而,两点之间的直线只有一条,曲线却可以有无数条 ,那么 ,哪一条才是最快的呢 ?
          1630年伽利略提出了这个问题,当时,他认为这条满足极限速度的曲线应该是条弧线,可是后来人们发现这个答案是错误的,66年后瑞士数学家约翰·伯努利解决了这个问题,这条能产生极限速度的曲线,其实是一条摆线,也叫旋轮线。
           仔细观察这条曲线,我们发现它的坡度是十分陡峭的,那这条线能够稳操胜券,是不是说明这条曲线越趋于垂直 ,速度就会越快呢 ?当然不是,因为过于垂直的曲线前半段虽达到了自由落地的最快速度 ,但接下来路程绕行太长 ,进入下半段之后坡度太缓,速度又太慢,整段路程平均下来,反倒到达终点的时间会拖沓延长。
           所以曲率弯曲的多少是要掌握精确的度的,经过计算,只有旋轮线这条曲线,被数学家验证是速度最快的下降曲线 ,我们也把它称之为“最速降线”,在所有曲线中 ,它的下降时间是最短的 。





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