第一种能，即重力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，它是由于物体和地球的重力相互作用而产生的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到“山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但能量不会消失，而是转化成了动能，也就是运动的能量。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什么在设计中随后的小山丘比开始时的小山丘略矮一点的原因。过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于重力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能够快速地达到和跨越最高点，从而就会产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨飞出去。
车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”质量中心越过高 点被重力推动。过山车的竖直立环是一种离心机装置，当列车接近回环时，乘客的惯性速度笔直地指向前方。但车厢一直沿轨道行进，使乘客的身体无法按直线运动。于是重力推着乘客离开车厢的地板，而惯性则将乘客向地板方向挤压。乘客本身的外向惯性产生惯性力，使乘客即使在头朝下时也能牢牢地停留在车厢的底部。当然乘客需要某种安全护具来保证自己的安全，但在大多数大回环中，无论有没有护具，乘客都会停留在车厢中。
当列车沿着回环移动时，作用在乘客身上的合力在不断地变化。在回环的最底部，因为加速度朝上，所以轨道对游客向上的支撑力要大于重力，此时游客可以感觉到超重的现象，即感觉特别沉重。当一路冲上回环时，重力则把乘客向地板的方向推。所以乘客会感到重力将您向座位方向挤压。在回环的顶部，乘客完全倒转了过来，指向地面的重力以及轨道的向下的支持力想把乘客拖出座位，但支持力和重力仅与离心力平衡，即提供运动所需的向心力，此时若是飞车的速度较小，小到所产生的离心力小于重力的话，飞车就会有掉落的危险，所以，在回环顶部的时候要求有一定的速度以保证安全。同时也是由于离心力的存在，抵消了一部分重力，于是乘客会产生失重现象，感觉身体变得极轻。等列车驶出回环，沿水平方向行进，乘客又会回到原来的重力。
大回环的魅力在于，它在短短的一段轨道中塞进了丰富的元素。在几秒钟内，作用在乘客身上的力不断变化，从而让人体验到各种不同的感觉。当这些力作用于身体的各个部位时，眼睛会看到整个世界都倒了过来。对于许多过山车乘客而言，在回环顶部是整个运行过程中最精彩的一刻，人们会感到身体轻如羽毛，眼中只能看到天空。在大回环中，竖直加速度的强度是由两个因素决定的：列车的速度和弯道的角度。当列车进入回环时，它拥有最大的动能，也就是说，它以最快的速度移动。在回环的顶部，重力已经在一定程度上降低了列车的速度，所以列车拥有更多的势能，但动能减少了，也就是说它以较低的速度移动，但速度不能够低于某一个安全行驶的速度。
过山车的设计师们最早采用的是正圆形回环。在这种设计中，一路上的弯道角度是一个常数。为了在回环顶部产生足够的竖直加速度以压迫列车紧贴轨道，设计师们必须让列车以相当快的速度进入回环（如此可使列车在回环顶部仍能快速行进）。更快的速度意味着乘客在进入回环时会受到更大的作用力，而这可能会让乘客很不舒服。水滴形设计使这些力的平衡变得更加容易。回环顶部的弯道角度比回环侧面更急促。这样可以让列车以足够快的速度穿过回环，使之在回环顶部拥有充足的加速力，而且水滴形设计会在侧面产生较小的竖直加速度。这提供了维持过山车一切运行所需的力，而不致将过大的力施加在可能有危险的部位。一旦过山车走完了它的行程，制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由制动气缸中气体的压力来控制的。
历史起源
如果说美国有一个过山车的摇篮，那么它就是纽约的科尼艾兰。美国的第一部过山车1884年在这里诞生。对于过山车迷来说，这里是他们的“麦加圣城”。科尼艾兰仍保留着1927年建造的最早的木质过山车“飓风号”（Crystal Beach Cyclone）。今天木质过山车产生的神奇效果是在上个世纪20年代所无法想象的。美国辛辛那提市附近的Kings Island游乐园里面有一个“Son of Beast”——“野兽之子”木质过山车(有钢支撑)开创了令人震撼的新高度，它高66米，长2143米，最高时速126公里，上下有65米的落差，造价据估计2000万美元，能同时供3辆过山车运行，每辆可载36人。它甚至还有一段木质过山车界唯一的垂直循环轨道，这是一个创举，因为人们曾认为这对木质过山车来说是根本不可能的。不过最终还是因为安全上的考虑（见下）于2006年12月拆除了这段垂直循环轨道。这座过山车也于2012年10月被完全拆除。
在过山车兴起的早期，只有传统的木质过山车。今天，过山车家族已经有约30名成员，包括金属过山车、悬挂式过山车、竖立式过山车以及穿梭式过山车、矿山式过山车等等。[2]木制过山车的轨道类似于传统的列车铁轨。在大多数过山车中，车厢的轮子采用了与列车相同的凸缘设计，即车轮内部形成一个凹形结构，使车厢不致滚到轨道外面去。车厢还有另一组轮子（有的只是一根安全杆），它们在轨道下方滚动。这可以防止车厢飞到空中。随着20世纪50年代钢管轨道的引入，过山车领域发生了巨大的变化。顾名思义，钢管轨道由一对很长的钢管组成。支撑这些钢管的是一个坚固的上层结构，它重量较轻，是由比轨道钢管稍粗的钢管或梁搭建而成的。 在钢制过山车中，列车车轮一般由聚亚安酯或尼龙制成。除了有传统的车轮安置在钢管轨道的正上方，车厢还有其他一些车轮，分别运行于轨道的底部和侧面。这种设计使车厢能够稳固地卡在轨道上，这在列车穿过轨道的盘旋和弯道时是极为重要的。在紧张的行驶过程中，这些轮子确保过山车不会脱离轨道。
过山车的轮子一般是由聚亚安酯或尼龙制成的，但是这种材料在高速行驶中磨损得很快，所以研制一种新型高质量的材料成为过山车设计者们急于解决的问题。在钢制过山车中，列车车厢既可以像传统的木制过山车那样停留在轨道上，也可以像滑雪缆车那样，吊挂在车厢顶部的轨道上。在悬挂式过山车中，悬挂的列车能以一个转动接头为轴进行摆动，从而增加了一种向两侧的运动。而在悬挂翻转式过山车中，悬挂的列车则稳固地连接在轨道上，使设计师能更准确地控制车厢的运动方式。与木制轨道不同，钢管轨道不是由各个小部件组装而成的。与使用预制钢梁的摩天大楼类似，它是由一些曲线型的大型模块预制的。通过钢制造工艺可生产出平滑的曲线型轨道，使过山车能沿轨道坡度向各个方向运动。在木制过山车中，当车体滚过连接木制轨道各部件的接头时会发出嘎嘎声，使运行过程产生停顿感。而在钢制过山车中，轨道的各个部件被完美地焊接在一起，使车体的运行极为平稳。任何一位过山车爱好者都会告诉您，每种感受都有与众不同的魅力。历史最悠久的公司是犹他州克利尔菲尔德的飞箭动力公司（Arrow Dynamics，现已被S&S Power收购），该公司以其生产的环状轨道的巨大落差和突然转向而著称。
动力分类
正如我们先前看到的那样，过山车列车本身没有电动机：在运行过程的大半段，列车是靠重力和动量运动的。为了积蓄势能，需要将列车提升到第一个山坡的顶部，或以极大的推力将其发射出去。传统的提升装置是一根长长的链条（或多根链条），就像自行车的链条，但要大得多。它安装在轨道下面，并沿抬升坡向上延伸。这根链条固定在一个环路中，这个环路在轨道的顶部和底部各有一个传动装置。轨道底部的传动装置是由一个电动机转动的。通过转动链条环路，使之像一条长长的传送带那样持续不断向轨道顶部移动。过山车用几只链条锁簧和牢固的绞链钩卡住链条。当列车行进到山坡底部时，锁簧会卡住链条的链节。一旦链条锁簧被钩住，链条就会拉着列车向山顶行进。在最高点处，锁簧松开，列车开始沿山坡向下移动..你听到的链条发出的嗒嗒声其实是防倒滑装置发出的声音，以防电机发生故障时列车倒滑回车站造成事故。
在一些较新的过山车设计中，列车是通过弹射器发射的方法启动的。弹射器的发射方法有好几种，但它们的作用基本相同。这些系统不是将列车沿山坡向上拖动以积蓄势能，而是使列车在开始的极短时间内获得大量动能，让它开始运行。直线感应电动机（Linear Induction Motor）是常用的弹射器系统之一。直线感应电动机利用电磁体在轨道上方和列车下方各造出一个磁场，并使两个磁场互相吸引。电动机移动轨道上方的磁场，牵引着后面的列车以极高的速度沿轨道移动。这种系统的主要优势在于它的速度、效率、耐用性、准确性和可控制性。水压动力轮（Hydralic Launching System）出现在英特敏公司生产的过山车中。这是一个带钢缆的滑块，由水压驱动的飞轮带动。发射时，滑块卡在列车的下面，由高速转动的飞轮快速拉动滑块和列车一起冲出去。
到发射区段终点时，滑块与列车脱钩，列车则依靠所得的动能冲上约100米的高度。摩擦轮（Friction Wheel）这种过山车使用几十只转动的轮子（Friction Wheel）来推动列车，使之爬上提升山坡。这些轮子沿着轨道排成相邻的两列。它们将列车的底部（或顶部）卡在中间，推动列车前进。经常会用在爬升坡带转弯的时候使用（因为链条无法在水平面上横向转弯）或者在链式提升器之前为列车调整速度使其能够与链条的速度相等。而在奥兰多环球影城的绿巨人过山车，则用这些轮子来为列车加速冲出隧道返回搜狐，查看更多
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