加速度
速率 (有方向的速度) 的改變稱為加速度。 壹個物體加速，減速，或改變方向, 稱之為加速度。 大部分大型遊樂設備包括加速度。 當下坡，或急速轉彎, 設備可能提高速率或加速度。 當上坡，或沿直線運動, 設備可能減小速率或減速度。 當過山車下坡，地心引力使車體運動的速度越來越快, 這是加速度。 當過山車上坡，車體運動的速度越來越慢, 這是減速度。 過山車的加速度與車體的質量和推拉的動力有直接的關系。
向心力
當過山車沿著回環運動, 向心力發生作用。向心力是物體沿著圓周運動而產生的. 例如當妳沿著下滑曲線向地面運行, 地心引力使過山車沿直線作下滑運動,但是軌道是曲線的,向心力裏又使過山車沿曲線運動. 乘客在過山車上的感覺是被拋離軌道, 但是地心引力又使車體的的確確運行在軌道上作圓周運動,所以指向圓周或曲線內部的動力是必須的。 對於指向圓周或曲線內部的動力, 稱之為向心力。
能量(動能+勢能)
能量使物體工作
動能- 正被使用的能量, 能量產生運動。
勢能--被儲存的能量, 以後再使用
能量的守恒定率： 能量可以從壹種形式轉化為另壹種形式,但是不回自動生成和消失。
當馬達驅動過山車攀登到達第壹個坡度, 過山車儲存越來越多的勢能。 當重力牽引過山車沿斜坡下滑, 勢能又轉化為動能。 斜坡上離頂部越遠，勢能轉化為動能就越多, 乘客能感覺到速度的加快。 在斜坡的最底部, 速度最快。
當車體攀登第二個山坡，動能又逐漸轉化為勢能, 過山車的速度逐漸減慢。 高度越高,意味著動能轉化為勢能越多。 這個動能勢能的轉化守恒定率,保持過山車沿軌道上下運動。 而動能的總量是保持不便,只是重壹種形式轉化為另壹種形式。 請註意第壹個山坡是過山車的最高點,為什麽?
然而，壹部分的能量轉化摩擦力，風阻,車輪的轉動和其他壹些消耗能量的因素。過山車設計者充分考慮摩擦力在過山車運行中所扮演的角色。 因此設計師降低山坡設計的高度, 以保證過山車能夠完全駛過山坡。
過山車能夠運行是因為兩個基本點: 地球引力和能量守恒。
作用力
作用力的表現形式是推或拉。 平衡的作用力表現為物體在受到幾個力作用時,物體保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。 非平衡力表現為物體在受到幾個力作用時,物體保持非靜止狀態或變速直線運動狀態
牛頓第壹和第二定律定律特別符合過山車的工作原理，它們聯系到重力和加速度。過山車從山坡的頂端是壹系列復雜的傾斜的下降運動；但又是壹個簡單的力學原理。
我們以G作為過山車所受到的重力。 1G是坐在靜止過山車的乘客，或在地球任何地方所受到的重力。
摩擦力
兩個互相接觸的物體, 當它們發生相對運動時,就會在接觸面上產生壹種阻礙相對運動的力, 這種力就叫摩擦力.
摩擦力產生的條件是兩物體相互接觸, 且接觸面粗糙, 有相互擠壓; 兩物體之間要發生或已經發生相對運動.
摩擦力阻礙物體相對運動或相對運動的趨勢, 因此摩擦裏的方向與物體相對運動或相對運動的趨勢相反。
所以在物體的運動中,壹部分動能轉化為摩擦力。 過山車的設計者壹定要知道摩擦力在車體運動中所起的作用。 設計者可以用摩擦力以降低過山車行進中的速度和到站後的安全停止。
重力
由於地球的吸引裏而使物體受到的力叫作重力.
對過山車最為重要和具有影響的是地球引力。 地球引力使物體從壹個點往另外壹點運動。由於重力引起的加速或減速依據軌道傾斜的角度;坡度越陡, 加速或減速就越明顯。
重力加速度
描述壓力的通常單位是 g。 壹個 g 等同與地球引力。 航天飛機起飛時，宇航員承受是 3 g 的壓力,既三倍於地球引力。
斜坡 #1
在設計斜坡#1 時, 請考慮以下的問題:
斜坡有沒有足夠的高度,以提供過山車有足夠的動力使過山車通過斜坡#2 和回環。
如果過山車的速度過快，當過山車通過斜坡頂部時，會發生什麽情況, 為什麽？
地球引力的變化對於過山車上下山坡和穿過回環, 會產生什麽樣的影響。
妳能不能改變地球的引力？
斜坡#2
為什麽斜坡#2的高度決定過山車能否穿過回環?
什麽樣斜坡的高度設計使過山車能通過回環,而又不墜毀？
摩擦力的設計是不是影響過山車能否順利通過斜坡#2 和饒過回環的因素？
重力是如何影響車廂在軌道上行進的？
慣性
壹個靜止的物體，如過山車，沒有外力的推拉, 它是不會運動的。 物體質量越大, 慣性越大。
如果沒有外力使過山車加速或減速, 行進中的過山車會按原來的方向繼續運動。 運行過山車的阻力改變它的速率是慣性的另壹例子。
對於回環設計和，必須決定回環的大小尺度。 驚險的過山車通常會有回環或螺旋設計。 妳驚險的經歷不僅僅是飛快的速度，巨大的落差, 也包括令人難忘的上上下下的翻滾。
如果妳細看過山車回還的曲線，妳所見到的不是圓, 而是淚狀物。這個形狀稱作橢圓形回環. 這個稱謂早在 18 世紀瑞士天才數學家雷納 就曾提出。只是最近過山車設計工程師意識到這是壹個完美的翻轉形狀。
質量
質量是物體所含物質的多少。
動量
物體的動量是質量乘以速率。如果質量或速率很大, 物體的動量也很大。 物體的動量越大,使物體停下來或改變物體的運動方向就越困難。
牛頓的運動三定律
牛頓是經典力學理論的集大成者。他系統的總結了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運動三定律。
1643年1月4日，在英格蘭林肯郡小鎮沃爾索浦的壹個自耕農家庭裏，牛頓誕生了。在牛頓以前，天文學是最顯赫的學科。但是為什麽行星壹定按照壹定規律圍繞太陽運行？天文學家無法圓滿解釋這個問題。萬有引力的發現說明，天上星體運動和地面上物體運動都受到同樣的規律-- 力學規律的支配。
早在牛頓發現萬有引力定律以前，已經有許多科學家嚴肅認真的考慮過這個問題。比如開普勒就認識到，要維持行星沿橢圓軌道運動必定有壹種力在起作用，他認為這種力類似磁力，就像磁石吸鐵壹樣。1659年，惠更斯從研究擺的運動中發現，保持物體沿圓周軌道運動需要壹種向心力。胡克等人認為是引力，並且試圖推到引力和距離的關系。
牛頓自己回憶，1666年前後，他在老家居住的時候已經考慮過萬有引力的問題。最有名的壹個說法是：在假期裏，牛頓常常在花園裏小坐片刻。有壹次，象以往屢次發生的那樣，壹個蘋果從樹上掉了下來……壹個蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的壹個轉折點，它使那個坐在花園裏的人的頭腦開了竅，引起他的沈思：究竟是什麽原因使壹切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢？牛頓思索著，終於，他發現了對人類具有劃時代意義的萬有引力。
1686年底，牛頓寫成劃時代的偉大著作《自然哲學的數學原理》壹書。 牛頓在這部書中，從力學的基本概念(質量、動量、慣性、力)和基本定律(運動三定律)出發，運用他所發明的微積分這壹銳利的數學工具，不但從數學上論證了萬有引力定律，而且把經典力學確立為完整而嚴密的體系，把天體力學和地面上的物體力學統壹起來，實現了物理學史上第壹次大的綜合。
牛頓定律
牛頓是十七的世紀最有影響的科學家之壹。牛頓三定律 解釋運動物體的各方面, 對於建造過山車也是很有幫助的 。
1、第壹定律（物體在沒有外力作用的情況下會保持原有的狀態）；
2、第二定律（F=ma ，物體的加速度，與施加在該物體上的外力成正比）；
3、第三定律（作用力與反作用力大小相等，方向相反）；
1. 牛頓第壹定律（慣性定律）
壹切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止。
物體沒有受外力作用時保持靜止或勻速運動
物體在受到平衡力作用時保持靜止或勻速運動
物體在受任意力作用時作變速運動。
2 物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質量成反比。這就是牛頓第二定律。
加速度和力都是矢量，它們都是有方向的。牛頓第二定律不但確定了加速度和力的大小關系，還確定了它們的方向之間的關系，加速度的方向跟引起這個加速度的力方向相同。
3.第三定律
兩個物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，並且作用在同壹直線上
F1 ＝－ F2
①力的作用是相互的同時出現，同時消失。。
②相互作用力壹定是相同性質的力
③作用力和反作用力作用在兩個物體上，產生的作用不能相互抵消。
④作用力也可以叫做反作用力，只是選擇的參照物不同
⑤作用力和反作用力因為作用點不在同壹個物體上，所以不能求合力
速度/速率
速度是距離除以時間或物體運動的比率。 對於過山車的建立，正確的理解速度, 速率和加速度都是極為重要的三個方面。 過山車必須兼顧安全和驚險，安全是過山車建造的第壹要素，毫無疑問，乘客在過山車的乘坐中,必須是絕對安全的。 但速度和加速度的驚險度是過山車成功的重要因素, 這關於速度的控制。 所以包括山坡，直線，曲線，俯沖，回環和剎車系統等都是經過科學的論證和設計的，還包括材質,結構的設計都是安全基礎上再生產設計的。 科學的理論基礎是過山車生產設計的核心。
速率。
速率是物體在某個方向上的速度。 當方向改變,速率也隨之改變。過山車可以保持固定的速度，但是隨著方向的變化, 速率始終是不斷的發生變化。速率越快,過山車運行的速度也就越快。 通常速度可以用來代替速率，但是, 速率是有方向意義上的速度。 例如向西 100 公裏/ 小時，是速率, 向西是指以 100 公裏/ 小時行進的。
失重
有兩種失重的經歷: (1)足夠快的速度離開地球到足夠高的距離使所受重力近於零 ( 重力可以作用與無限距離,人永遠不可能脫離)。(2) 下落的速度和和重力加速度是壹樣的。 即在地球上的加速度是以 9.8 米/ 秒豎直向下行進。 要使人有重量,人必須感覺到來自地面的重力反作用力。
壹些遊樂設備在行進中，提供了 9.8 米/秒的下落速度,使人產生失重的感覺。
重量
重量是地球引力作用於物體而產生的壓力。
重量作用於地球引力。 在月球上的引力是地球上的 1/6. 所以，在月球上,相應物體的重量只有地球上的 1/6
做功工作力
做功是指妳用了多少拉力或推力, 使過山車在行進某壹段距離。如果妳僅僅是握著壹個盒子, 就沒有作功於盒子。如果妳拖拽盒子, 就在做功了。過山車通過馬達作用於鏈條, 使過山車沿著軌道行進而產生的.。作功克服重力而提升過山車到達某個高度。過山車越重, 則需要作越多的功。山坡的高度越高, 同樣需要作越多的功。重力使過山車下降, 其實也在作功。
正數值和負數值的地球引力
重力並不是地球引力. 重力只是地球引力的壹部分. 在 1G, 是地球拉妳向它中心點所受的力.
第三定律告訴我們兩個物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，並且作用在同壹直線上。妳的體重使座位的表面受到壓力，但妳又受到來自座位表面的反作用力，所以妳可以相對座位靜止地坐著。在自由落體, 座位不再支持妳, 沒有來自座位表面的反作用作用妳身上，所以妳感覺下落.座位沒有作用於妳, 妳所經驗的是0 G.
妳能也經驗G力量大於1. 這壹般發生在落體的底部. 在這種情況下, 妳感覺自己被推向座位, 但實際情況是座位把妳向上推.
假設小山的頂部比拋物線更為小的角度。列車固定在軌道上,沿軌道行進; 然而乘客按拋物線的軌跡行進, 所以將會離開座位.. 如果長久的保持這種狀況, 乘客最終會碰上安全欄桿, 而安全桿會有壹個向下的作用力,使乘客座保持在位置上. 這就是負數G值,在過山車的設計中十分的明顯。
近來, 線性地球引力更多的在過山設計中得以運用.刺激的加速經歷使之運用的頗為廣泛。線性地球引力表現為過山車加速向前運動, 正數G值的增加. 隨同發生的是乘客的慣性, 身體的重心被妳遺留在後面, 這也正是驚險的原因.
地球側引
如果過山車按曲線運動行進, 但車體的運動趨勢是沿直線運動的. 軌道會有壹個側面的力作用於車體, 使之沿軌道行進. 同樣的, 車體作用力於乘客. 當乘客按慣性向前運動,他們受到車體的作用力. 雖然他們感覺到曲線外面的壓力(通常指的是地心引力), 沿著乘客轉向的方向.幾個因素同時影響側部的地球引力大小: 火車的速度, 曲線的弧度, 和曲線的數量.
曲線
如果軌道的傾斜是向內的, 那麽車體也會向內傾斜, 車體的地面會對乘客產生作用力, 而不是側面.
所以壹些G 值表現為正數.
通常,更大的曲線的轉彎, 較少側部力量和更多的正數的G 值.
反轉
反轉在回環軌道中, 作用力和轉彎相似, 因為車體趨向於直線行使, 但是軌道是固定設計好的. 因此, 在回環中, 正G值產生.
由於正G值意味著座位反作用於乘客的身體, 使妳在過山車乘坐中有脫離車體的感覺.