文／簡麗賢　

搭雲霄飛車的心情，既期待又怕受傷害。體驗風馳電掣的雲霄飛車，在重力作用驚聲尖叫的刺激感，不少人趨之若鶩。根據美國遊樂園協會的統計資料，在新冠疫情爆發前，例如2016年，造訪美國近400家遊樂園，搭乘雲霄飛車的遊客近3.8億人，可見雲霄飛車的魅力驚人。

改良雪橇 發揚光大

相傳設計雲霄飛車的靈感，始自俄羅斯冬季斜坡道雪橇活動，後來腦筋動得快的商人引進法國，結合輪子和小車取代雪橇，打蠟的軌道變成另一種滑雪道。

根據歷史記載，世界第一座遊樂園雲霄飛車誕生於1817年法國巴黎，引領風騷，其軌道材料以木頭為主，輪子和小車緊密地固定在軌道，避免因車速過快，向心力不足而脫離軌道。

後來，改良雲霄飛車的設計者繼續發揚光大，創造出驚悚的坡道和曲折的彎道。1873年，一群創意十足的人在美國賓州的一處礦區，讓改造的礦車展現風馳電掣的速率，在山間奔馳；滑到終點時，再由驢子把礦車拉回山上的出發點，乘客再搭礦車向下高速運動。這項在美國賓州的礦區，以驢子為拉車的動力，可說是雲霄飛車的雛型。

歷史上記載，最早提出申請設計、建造和營運雲霄飛車的專利，由被讚譽「重力應用之父」的湯普森（LaMarcus Adna Thompson）在1884年取得，他曾製造過十餘項雲霄飛車設施，以在紐約開通和營運的雲霄飛車而言，當時可以為他賺進每日60美元的營利。

運用重力 開啟商機

之後，湯普森的雲霄飛車引起商人高度興趣，陸續在其他國家建造雲霄飛車，逐漸掀起全球遊樂園雲霄飛車的風潮，20世紀初，數量高達2000餘座的高峰期，後來有些因戰火或遊樂園關閉而銷聲匿跡。能遺留的經典雲霄飛車，最著名的應是1920年運行的美國賓州雲霄飛車。

加州迪士尼樂園著名的雲霄飛車，是一座於1959年以全新鋼鐵材料製造，近乎光滑軌道的雲霄飛車，帶動其他遊樂園經營者的改變思惟，以鋼鐵取代木質的軌道，加強承擔重力的設施，開發倒掛車廂的形式，強化速度奔馳感，建造更高聳更驚險的彎道，並加入電腦程式設計，提升飛車的安全性。

牛頓力學 能量轉換

雲霄飛車的運作，應用牛頓力學向心力及能量轉換的概念。

飛車最初上坡時，需要電力帶動運輸帶，將車廂運輸至高處，這段期間消耗電能，將電能轉變為動能與重力位能，亦即力學能；之後，高處不勝寒，乘客在最高處往往不寒而慄，接著，飛車俯衝而下，乘客尖叫連連，這段往下俯衝的過程，不需要耗用電力，由高處的重力位能扮演發動機，由位能轉變成動能，造成車廂高速；再由動能轉變為重力位能，如此不斷轉換能量，構成雲霄飛車的動力。

鋼鐵軌道雖減少摩擦力，但雲霄飛車設計如水滴形狀的鉛直圓形軌道，車廂最初的高度必須大於圓周半徑的2.5倍，雲霄飛車才可順利通過圓周最高點。換句話說，車廂在軌道最低點的速率和動能要夠大，大於某一個特定值，才能使車廂完整鉛直面圓周運動，滿足乘

客風馳電掣的快感。