Die Physik von Achterbahnen ist sowohl komplex als auch einfach, aber ohne den Einfluss dieses Wissenschaftszweigs würden sich diese erstaunlichen Fahrgeschäfte keinen Zentimeter bewegen.
Was ist Physik?
Physik ist das Studium von Materie und Energie und wie unterschiedliche Kräfte miteinander interagieren und sich gegenseitig beeinflussen. Von der Schwerkraft über die Beschleunigung bis hin zur Reibung ist die Physik die Schlüsselwissenschaft für den erfolgreichen Betrieb aller Achterbahnen. Ganz gleich, ob es sich bei einem Fahrgeschäft um eine einfache Kinderachterbahn oder eine aufwändige Schreimaschine handelt, für einen sicheren und effizienten Betrieb müssen sie alle den gleichen physikalischen Prinzipien folgen.
Physik von Achterbahnen: Schlüsselkonzepte
Die grundlegendste physikalische Prämisse, die sich auf Achterbahnen auswirkt, ist das Sprichwort „Was hoch geht, muss auch runter.“Der Prozess, wie dieses „Herunterkommen“in Schleifen, Kurven, Hügel und Umkehrungen verdreht wird, erfordert jedoch spezielleres Wissen. Zu den wichtigsten Konzepten der Achterbahnphysik gehören:
- Gravitation: Die Schwerkraft ist die Kraft, die alle Objekte zum Erdmittelpunkt zieht und ist das wichtigste physikalische Konzept im Zusammenhang mit Achterbahnen. Sobald sich eine Achterbahn vom anfänglichen Kettenhub oder der Antriebskraft löst, sorgt die Schwerkraft dafür, dass sie ihren Kurs entlang der Strecke vollendet. Die Schwerkraft wird von Fahrern auch in Form von positiven und negativen Kräften gespürt, die den Fahrer tiefer in seinen Sitz zu drücken oder ihn herauszuziehen scheinen, ein aufregendes Gefühl, das viele Abenteuerlustige genießen.
- Potenzielle Energie und kinetische Energie: Diese beiden verwandten Konzepte bestimmen die Änderungen der Geschwindigkeit und Höhe einer Achterbahn. Einfach ausgedrückt: Je höher ein Objekt über dem Boden ist, desto mehr potenzielle Energie hat es – das heißt das Potenzial, beim Fallen an Geschwindigkeit zu gewinnen. Wenn es auf den Boden fällt, wandelt sich diese potenzielle Energie in kinetische Energie oder Bewegungsenergie um. Die Summe der beiden Energiearten ist konstant, aber eine Achterbahn muss ein angemessenes Gleichgewicht zwischen potenzieller und kinetischer Energie aufrechterh alten, um eine aufregende Fahrt zu bieten.
- Beschleunigung: Beschleunigung wird häufig mit Geschwindigkeit verwechselt und ist eigentlich eine Änderung der Geschwindigkeit – die entweder eine Änderung der Geschwindigkeit oder der Richtung sein kann. Daher beschleunigt eine Achterbahn durch Loopings und Kurven, auch wenn ihre Geschwindigkeit konstant bleibt.
- Reibung: Physikalische Formeln und Berechnungen müssen Reibung als Schlüsselfaktor für Achterbahnen berücksichtigen, da Reibung eine Kraft ist, die eine Fahrt erheblich verlangsamen kann. Der Kontakt zwischen dem Zug und der Luft sowie zwischen den Rädern und der Schiene führt zu Reibung bei der Fahrt.
Zusätzliche Physikkonzepte
Zusätzlich zu diesen Schlüsselprinzipien für die Physik von Achterbahnen beeinflussen auch andere physikalische Konzepte den Betrieb von Achterbahnen und sind gleichermaßen entscheidend für eine sichere und unterh altsame Fahrt.
- Druck: Viele Achterbahnbremssysteme werden durch Luftdruck betrieben, und dieser Druck muss ausreichen, um sowohl leere als auch beladene Züge anzuh alten, ohne Fahrgäste zu verletzen oder zu stark zu belasten die Fahrstruktur.
- Optik: Optische Sensoren helfen Computersystemen dabei, zu steuern, wo sich das Fahrgeschäft befindet und wie es funktioniert.
- Magnetismus: Viele High-Tech-Fahrgeschäfte verwenden Elektromagnete entweder als Antriebs- oder Bremsform, und die Magnete müssen für einen sicheren Betrieb genau abgestimmt und kalibriert werden.
- Elektrizität: Die richtige Elektrizität ist für Achterbahnen von entscheidender Bedeutung, vom eigentlichen Betrieb der Fahrt bis zur Stromversorgung der Lichter, die sie schmücken.
Mehr wissenschaftliche Notwendigkeiten
Physik ist nicht die einzige Wissenschaft, die für eine reibungslos funktionierende, aufregende Achterbahnfahrt notwendig ist. Bei der Planung einer Fahrt müssen Ingenieure und Parkbeamte auch Folgendes berücksichtigen:
- Biologie: Wie sich die Belastungen der Fahrt auf die Fahrer auswirken, ist ein wichtiger Faktor dafür, ob die Fahrt angenehm oder schmerzhaft ist. Eine sehr schlecht konzipierte Fahrt kann sogar zu Ohnmachtsanfällen, Kopfschmerzen und anderen Verletzungen führen.
- Geologie: Moderne Stahlachterbahnen wiegen Hunderte Tonnen, und ein genaues Verständnis der Geologie des Parks ist erforderlich, um die Achterbahn auf einer stabilen, stützenden Oberfläche zu positionieren. Cedar Point ist ein Beispiel für einen Park, der besonderes Augenmerk darauf legen muss, da seine siebzehn Achterbahnen entlang eines Seeufers und rund um eine sumpfige Lagune liegen.
- Klimatologie: Das Klima, in dem ein Fahrgeschäft gebaut wird, kann großen Einfluss auf die Art der für den Bau verwendeten Materialien haben.
- Psychologie: Wie eine Fahrt benannt, dekoriert und beworben wird, erfordert ein detailliertes Verständnis der Psychologie, um Fahrer anzulocken.
Physik studieren mit Achterbahnen
Da bei der Planung, dem Bau und dem Betrieb einer Achterbahn so viele wissenschaftliche Konzepte zum Einsatz kommen, veranst alten viele Vergnügungsparks Veranst altungen zum Tag der Physik und laden örtliche Schulen ein, ihr Wissen anhand der Fahrgeschäfte des Parks zu testen. Physiklehrer verlangen möglicherweise von den Schülern, Geschwindigkeiten, Winkel, Geschwindigkeit, Beschleunigung und andere Achterbahnfakten zu messen, um Fragen zu beantworten, während einige Parks Wettbewerbe für angehende Achterbahningenieure anbieten, bei denen sie ihre eigenen Fahrgeschäfte entwerfen und Modelle bauen können. Dies kann eine unterh altsame und lehrreiche Veranst altung für Physikstudenten von der Grundschule bis zum College sein.
Zusätzliche Ressource
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