Почему гонщики чувствуют себя вынужденными опуститься на свои места в нижней части первого падения на американских горках?

Всадник чувствует себя «придавленным», потому что объект, к которому он прикреплен, ускоряется вверх. Поскольку ускорение противоположно силе тяжести, нормальная сила,$\mathbf{F}_{N}$, воздействующая на гонщика, должна увеличиваться по величине (по сравнению с величиной «в состоянии покоя» на горизонтальной дорожке), чтобы создать чистое ускорение вверх. Таким образом, происходит увеличение величины$\mathbf{F}_{N}$что вызывает эффект на всадника.

Другими словами, система отсчета сиденья водителя ускоряется, и, оставаясь на сиденье, водитель также должен ускоряться. Поскольку всадник обычно просто испытывает$\mathbf{F}_{g}$в состоянии покоя на плоской поверхности, если бы эта поверхность внезапно «подпрыгнула» в воздух вертикально, всадник почувствовал бы дополнительную величину покоящегося$\mathbf{F}_{N}$из-за ускорения поверхности. Это должно быть правдой, поскольку всадник не ускоряется относительно самой поверхности, поэтому сила, действующая на всадника со стороны поверхности, должна увеличиваться в ответ на увеличение ускорения.

Если идея с американскими горками вас беспокоит, попробуйте подумать о качелях. Чтобы двигаться по дуге окружности, цепь/веревка, прикрепленная к сиденью качелей, должна создавать неуравновешенную силу натяжения, поскольку круговое движение соответствует$d\mathbf{v}/dt \neq 0$, т. е. ускорение.

Боковое примечание.
Слово «центростремительный» относится не к силе, а к ускорению. Таким образом, в случае с качелями натяжение цепи/веревки, прикрепленной к сиденью, обеспечивает силу, и мы описываем чистый результат неуравновешенной силы натяжения как ускорение, называемое центростремительным ускорением.

Ключ вот в чем: как сила приложена к всаднику? Гравитация притягивает массу пассажира, но что мешает пассажиру направиться к центру Земли?

Когда вы сидите на пассажирском сиденье спортивного автомобиля, а водитель полирует его, вы чувствуете, что откидываетесь на сиденье. Но на самом деле происходит то, что сиденье толкает вас вперед. В любом случае контактная сила сжимает подушку.

Здесь то, что удерживает всадника от движения вниз, - это сила, создаваемая движущимся вверх автомобилем на американских горках через сиденье автомобиля. В результате вы чувствуете, что вас вдавливают в сиденье.