Как три закона Ньютона связаны с американскими горками?

Три закона Ньютона используются для описания любого движения, включая движение автомобиля (с пассажиром в нем) на американских горках.

Первый закон Ньютона, также известный как закон инерции, гласит, что объект будет двигаться с постоянной скоростью (без изменения ни скорости, ни направления), если на него не воздействовать несбалансированная сила. Применение этого закона можно наблюдать во время катания на американских горках. Когда автомобиль замедляется (например, при приближении пика), пассажиры падают вперед, потому что они, как правило, двигаются с той же скоростью. С другой стороны, когда автомобиль разгоняется, пассажиров бросают назад, так как они, как правило, двигаются с меньшей скоростью.

Второй закон Ньютона описывает, как меняется скорость объекта при воздействии на него несбалансированной силы. Скорость изменения скорости, или ускорения, пропорциональна этой силе и обратно пропорциональна массе объекта. Для пассажира на американских горках ускорение создается комбинацией двух сил: силы, создаваемой автомобилем на пассажира, и силы тяжести. Поскольку дорожка американских гор изогнута, ускорение зависит от скорости автомобиля (чем больше скорость, тем больше ускорение) и кривизны дорожки (чем больше кривизна, тем больше ускорение). Поскольку можно "почувствовать" ускорение, более быстрая езда на более крутом треке приводит к более интенсивным ощущениям.

Наконец, третий закон Ньютона описывает взаимодействие между двумя объектами: если один объект воздействует силой на другой, то второй объект должен оказывать одинаковую силу - но в противоположном направлении - на первый объект. Этот закон часто резюмируется как "каждое действие имеет равную и противоположную реакцию". Пассажир нажимает на автомобиль, и автомобиль нажимает на пассажира с одинаковой силой в противоположном направлении. Интересное случается, когда ускорение пассажира и автомобиля (которое, опять же, зависит от скорости и радиуса кривизны колеи) оказывается равным гравитационному ускорению. Далее, второй закон Ньютона указывает, что сила от автомобиля на пассажира равна нулю, а это значит, что сила от пассажира на автомобиль также равна нулю - он или она вообще не толкает на автомобиль! Это явление известно как невесомость, которая также происходит во время свободного падения. Таким образом, пассажир чувствует себя так, будто он или она прыгает с большой высоты.