Frage zu Achterbahnen?
Hallo leute,
ich habe hier ein paar Fragen, die mit physik zu tun haben, bin jedoch nicht so gut in Physik. Ich hoffe irgend jemand kann mir hier hilfen um die Fragen zu beantworten. Ich danke euch schon im Voraus.
Die Fahrt mit der Achterbahn ist sowohl eine gefühlsmäßige als auch eine körperliche Herausforderung für die Mitfahrer.
Entscheidend für eine erlebnisreiche Achterbahnfahrt sind die gespürten Beschleunigungen und die damit verbundenen Kräfte. Aus welchen Kräften setzt sich die gespürte Kraft zusammen? Was spüren die Insassen im höchsten, was im tiefsten Punkt? Damit die Insassen im höchsten Punkt nicht herunterfallen muss die Achterbahn in diesem Punkt eine Mindestgeschwindigkeit besitzen. Wie lässt sich diese rechnerisch ermitteln? Welchen Aufbau hat die Achterbahn im Heide-Park Soltau? Nenne Eckdaten zur schnellsten und höchsten Achterbahn der Welt! Welche TÜV-Regelungen gelten in Deutschland?
2 Antworten
Also mit Physik kenne ich mich nicht so wirklich aus, dafür umso besser mit Achterbahnen.
Einen Großteil der Kräfte einer Achterbahn werden durch Zentrifugalkräfte verursacht, beispielsweise in engen Kurven, dem Tal nach einer Abfahrt oder in schnellen Loopings, werden die Mitfahrer durch die Zentrifugalkraft in den Sitz gepresst.
Je nach Aufbau der Bahn kann die Zentrifugalkraft auch seitwärts wirken, das kommt vor allem bei Achterbahnen des Typs "Wilde Maus" vor. Bei den meisten Bahnen sind die Kurven aber so geneigt, dass die Kräfte Richtung Boden des Zugs wirken.
Diese Kräfte werden auch als g-Kräfte bezeichnet und als Vielfaches der Gewichtskraft-Konstante g angeben. Weißt eine Achterbahn beispielsweise an einer Stelle eine Kraft von 3g auf, dann bedeutet das, dass auf die Mitfahrer eine Kraft wirkt, die drei mal so stark wie die Schwerkraft ist.
Fährt die Bahn an einem hohen Punkt mit genügend Geschwindigkeit über einen Hügel, tritt ein umgekehrter Effekt auf: Hier werden die Mitfahrer aus dem Sitz gehoben (aber natürlich durch die Sicherheitsbügel im Sitz gehalten). Diesen Effekt nennt man auch "Airtime". Diese wird meist als negativer g-Wert angegeben.
Wenn man es genau nehmen will, muss man auch noch die Drehbewegung beachten. Bei Figuren wie dem "Korkenzieher", der "Heartline-Roll" oder auch bei einem schnellen Richtungswechsel werden die Mitfahrer seitlich rotiert. Auch das ist eine Kraft.
Damit die Insassen im höchsten Punkt nicht herunterfallen muss die Achterbahn in diesem Punkt eine Mindestgeschwindigkeit besitzen.
Dieser Satz ist falsch und eine inkorrekte Vereinfachung, wenn man Achterbahnen betrachtet. Weder können Achterbahnen von der Schiene fallen, da sie die Schiene von allen Seiten umklammern, noch können Fahrgäste aus der Bahn fallen, da sie von Haltebügeln im Sitz gehalten werden. Manche Achterbahnen spielen sogar aktiv damit, und sind so berechnet, dass der Zug am höchsten Punkt des Loopings absichtlich so langsam ist, dass die Fahrgäste für einen Moment das Gefühl haben, sie hängen nach unten und fallen gleich aus dem Sitz (was natürlich durch die Sicherheitsbügel nicht passieren kann). Diesen Effekt nennt man "Hangtime".
Die Frage, die man aber stellen kann, die auf die gleiche Antwort hinausführt, ist: "Wann gibt es in einem Looping Hangtime?"
Auch hier muss man wieder auf die Zentrifugalkraft schauen. Diese lässt sich relativ einfach mit Radius des Loopings und der Geschwindigkeit am höchsten Punkt errechnen. Zudem muss man beachten, dass der Achterbahnzug am höchsten Punkt des Loopings Kopfüber parallel zur Erde steht. Sowohl Zug als auch Mitfahrer erfahren also prinzipiell mal die Schwerkraft (1g) nach unten (also Richtung Kopf, da man ja kopfüber steht. Die Zentrifugalkraft dagegen wirkt nach außen, also Richtung Füße der Mitfahrer in dieser Situation. Das bedeutet, dass Zentrifugalkraft und Schwerkraft in dieser Situation sich jeweils genau entgegenwirken. Ähnlich wie bei Airtime kann man hier die Richtung Kopf wirkende Schwerkraft als -1g definieren. Darauf kann man nun die Zentrifugalkraft in g aufaddieren, um zu ermitteln, welche Kräfte insgesamt auf die Mitfahrer wirken. Ein paar Beispiele:
-1g + 3g = Die Mitfahrer werden mit 2g in den Sitz gedrückt.
-1g + 1g = Die Mitfahrer fühlen sich schwerelos (0g)
-1g + 0.5g = Die Mitfahrer baumeln aus dem Zug und erfahren dabei die halbe Schwerkraft (-0,5g).
Um die Frage zu beantworten: Die Zentrifugalkraft müsste mindestens 1g betragen, damit der Zug nicht aus dem Looping fallen würde, (wenn er nicht daran befestigt wäre!).
Welchen Aufbau hat die Achterbahn im Heide-Park Soltau?
Ah ja. Die Achterbahn im Heide-Park. Gibt ja nur 9 Achterbahnen im Park, da weiß man natürlich genau, welche gemeint ist. Gibt's irgendein Bild im Buch davon oder was wollen sie wissen? Wahrscheinlich meinen sie wieder Big Loop das alte Ding, obwohl z.B. Flug der Dämonen viel mehr mit Kräften und Physik spielt.
Nenne Eckdaten zur schnellsten und höchsten Achterbahn der Welt!
So wie sie das Formuliert haben, hört es sich an, als meinen sie, das wäre die gleiche Bahn.
Die schnellste Bahn ist jedoch:
Die höchste Bahn ist:
Zum TÜV:
Schon vor dem Bau einer Achterbahn müssen in der Regel die Pläne dem TÜV
vorgelegt werden, samt vorberechneter Kräfte. Diese werden werden dann nach dem Bau in der Testphase der Anlage durch den TÜV gemessen, bevor irgendein Mensch in die Bahn sitzen darf. Die Regeln sind etwas komplexer, aber Vereinfacht kann man sagen, dass bei 5g praktisch Schluss ist. Aber auch 5g dürfen nicht beliebig lang wirken, sondern wirklich kaum eine Sekunde lang. Niedrigere g-Kräfte dürfen auch länger wirken, aber je höher eine Kraft ist, desto weniger lang darf sie nur wirken. Zudem wirken sich die g-Kräfte auch auf die Altersbeschränkung einer Bahn aus. Eine Bahn mit hohen Kräften wird vom TÜV in der Regel nicht für jüngere Kinder freigegeben.
Das ist aber nur ein kleiner Ausschnitt aus all den Regeln, die der TÜV für Achterbahnen hat. Da Achterbahnen sehr komplexe, technische Anlagen sind, und gleichzeitig Menschen damit fahren, sind diese vom TÜV von vorne bis hinten durchreguliert und werden vor dem Bau, nach dem Bau, und auch anschließend Regelmäßig kontrolliert.
die resultierende kraft auf die insassen setzt sich aus der Gewichtskraft der insassen und der kraft des waagens auf den insassen zusammen. Letzteres ist die reactio der kraft, die der insasse auf den waagen ausübt.
am höchsten punkt erleben die leute 0g also schwerelosigkeit wobei sie am tiefsten punkt (vermutlich eines Loopings) 2g also die doppelte erdbeschleunigung erfahren.
die mindest-geschwindigkeit berechnet sich durch das gleichsetzen der resultierenden kraft
m*g+F_bahn=F_z
wobei für die mindestgeschwindigkeit, der waagen keine Kraft auf die bahn ausübt und F_bahn=0 gesetzt werden kann. weiter gilt für die Geschwindigkeitsabhängige zentripetal-Kraft
F_z=m*v^2/r wobei r der radius des Loopings und v die mindestgeschwindigkeit ist.
die daten zun heidepark soltau, zum tüv und zu den schnellsten und höchsten achterbahnen solltest du aber auch googlen können. (hat ja nichts mehr mit physik zu tun ;-) )
eines von newtons grundlegenden Gesetzen lautet Actio=reactio. damit meine ich einfach, dass die kraft des waagens auf den insassen die Gegenkraft zu der kraft ist, die der insasse auf den waagen ausübt.
Kräfte treten nämlich immer Paarweise auf. zu jeder Kraft gibt es immer auch eine Gegenkraft die gleichgroß, aber entgegengesetzt gerichtet ist, also in die entgegensetzte Richtung zeigt.
ja, F_bahn meint die Kraft, die die bahn auf den insassen ausübt. für mindestgeschwindigkeit im höchsten punkt des loopings ist diese kraft=0.
F_z meint die Zentripetalkraft. sie zeigt nach innen beim Looping.
Hi danke für deine ausführliche Antwort. Meine frage was meinst du eigentlich mit "reactio"?