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G-kraft in Achterbahn über Energie
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Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 12:54    Titel: G-kraft in Achterbahn über Energie Antworten mit Zitat

Hallo Board

Ich hab schon gesehen, dass es viele Themen zu Achterbahnen gibt und auch zu G-Kräften, aber ich kam irgendwie bei keinem richtig weiter.

Ich arbeite an einer Facharbeit über die G-Kräfte in einer Achterbahn.
Auf Nachfragen habe ich Baupläne der Bahn zugeschickt bekommen und ich habe mir ein Physikbuch aus der Schule ausgeliehen.

Nun zu meinem Problem.


Überlegungen:

G-Kraft= Beschleunigung / Erdbeschleunigung

(Erdbeschleunigung ist ja bekannt, 9,81m/s²)

Jetzt fehlt mir die Beschleunigung. Kann ich die Zentripetalbeschleunigung a=v²/r mit r als Vektor für die Berechnung der G-Kraft nehmen?
Den Radius kann ich den Bauplänen entnehmen und auf die Geschwindigkeit komme ich über die Energien (potentielle in kinetische Energie). Der Reibungsverlust sei erstmal vernachlässigt. Ihn wollte ich später hinzufügen.

Grüße und Entschuldigung das schon wieder so ein Achterbahnthema angesprochen wird.
eva1



Anmeldungsdatum: 06.10.2010
Beiträge: 532

Beitrag eva1 Verfasst am: 10. Feb 2011 14:19    Titel: Antworten mit Zitat

Rechne halt a aus und vergleiche es mit g.
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 14:28    Titel: Antworten mit Zitat

ich will wissen ob ich dsa mit der zentripetalbeschleunigung machen kann und worauf ich dann achten muss wegen den Vektoren
eva1



Anmeldungsdatum: 06.10.2010
Beiträge: 532

Beitrag eva1 Verfasst am: 10. Feb 2011 15:01    Titel: Antworten mit Zitat

Für r musst du halt den Radius(Abstand der Drehachse) des Kreises der Achterbahn nehmen und für die Geschwindigkeit, die hast du ja gegeben.
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 15:05    Titel: Antworten mit Zitat

aber wie rechne ich dann die g kraft aus weil ja erdbeschleunigung und zentripitalbeschleunigung vektorabhängig sind
eva1



Anmeldungsdatum: 06.10.2010
Beiträge: 532

Beitrag eva1 Verfasst am: 10. Feb 2011 15:09    Titel: Antworten mit Zitat

Wie definierst du denn g-Kraft?
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 15:18    Titel: Antworten mit Zitat

Beschleunigung / Erdbeschleunigung
eva1



Anmeldungsdatum: 06.10.2010
Beiträge: 532

Beitrag eva1 Verfasst am: 10. Feb 2011 15:19    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn du jetzt mit Vektoren rechnest bekommst du ein Problem! Vektordivision(kann man nicht)! Deshalb wird die "G-Kraft" immer mit den Beträgen gerechnet.

Zuletzt bearbeitet von eva1 am 10. Feb 2011 15:23, insgesamt einmal bearbeitet
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 15:21    Titel: Antworten mit Zitat

ok ... wusst ich net ... danke erstmal .. dann werd ich das jetz erstmal so probieren ...
Packo
Gast





Beitrag Packo Verfasst am: 10. Feb 2011 15:32    Titel: Antworten mit Zitat

Knappe,
Achtung: die "Beschleunigunf in dein Formel für die G-Kraft ist nicht gleich a.
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 15:46    Titel: Antworten mit Zitat

wieso??? das ist doch die Zentripetalbeshcleunigung... oder nicht?
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 15:57    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:

Als G-Kraft bezeichnet man die Belastung des Körpers durch Beschleunigung insbesondere bei Achterbahnen .
Sie geben Auskunft über die Belastungen denen die Fahrgäste ausgesetzt sind. 1 G entspricht der normalen Erdbeschleunigung also 9 81 m/s². Höhere Beschleunigungen (siehe Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft ) werden durch die Erdbeschleunigung geteilt und entsprechend als G-Kraft angegeben.

(Quelle: http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/G-Kr%E4fte.html )
Packo
Gast





Beitrag Packo Verfasst am: 10. Feb 2011 16:18    Titel: Antworten mit Zitat

Ich wiederhole:
a ist nach deinen eigenen Angaben die Zentripetalbeschleunigung.
Dies ist nicht die Beschleunigung, die ein Mitfahrer auf einer Achterbahn ausgesetzt ist!
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 16:26    Titel: Antworten mit Zitat

aber wenn doch die bahn eine Kurve fährt, wird der Wagen ja auf einer Kreisbahn gehalten und somit wirken da doch dann auch G-Kräfte.... ????

sonst würden ja nur G-Kräfte bei einer gradlinigen Beschleunigung wirken


Zuletzt bearbeitet von Knappe am 10. Feb 2011 17:11, insgesamt einmal bearbeitet
Packo
Gast





Beitrag Packo Verfasst am: 10. Feb 2011 17:11    Titel: Antworten mit Zitat

Knappe hat Folgendes geschrieben:
aber wenn doch die bahn eine Kurve fährt, wird der Wagen ja auf einer Kreisbahn gehalten und somit wirken da doch dann auch G-Kräfte.... ????


Und was hat dies mit meinen Bemerkungen zu tun?
Wir wollen doch mal logisch bleiben!
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 17:28    Titel: Antworten mit Zitat

ich kapiers nicht smile ... Eine Person die in einem Wagen sitzt der auf einer Kreisbahn gehalten wird, erfährt doch eine Zentripetalbeschleunigung, da er Teil des Systems ist oder nicht?
kingcools



Anmeldungsdatum: 16.01.2011
Beiträge: 700

Beitrag kingcools Verfasst am: 10. Feb 2011 17:41    Titel: Antworten mit Zitat

Gleichzeitig wirkt auch noch die Schwerkraft Augenzwinkern
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 17:44    Titel: Antworten mit Zitat

ja die Erdbeschleunigung 9,81m/s² durch die die Beschleunigung geteilt werden muss um die wirkenden G-Kräfte herauszufinden

Ich brauche ja noch eine Beschleunigung und da will ich die Zentripetalbeschleunigung nehmen .... aber gerade wurde gesagt das die Personen dieser Kraft nicht ausgesetzt sind und ich verstehe nicht warum. Sie sind Teil des Systems und sind somit der Kraft ausgesetzt.... (laut meinem Verständnis :-D )
Packo
Gast





Beitrag Packo Verfasst am: 10. Feb 2011 18:05    Titel: Antworten mit Zitat

Knappe hat Folgendes geschrieben:
.... aber gerade wurde gesagt das die Personen dieser Kraft nicht ausgesetzt sind


Knappe,
unterstreiche doch mal rot den Satz in dem gesagt wurde, dass die Personen nicht dieser Kraft ausgesetzt sind!

(Wenn du ihn gefunden hast, dann schreib doch diesen Satz nochmals hier auf: ich kann ihn nämlich nicht finden).
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
Beiträge: 24

Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 18:09    Titel: Antworten mit Zitat

Packo hat Folgendes geschrieben:
Ich wiederhole:
a ist nach deinen eigenen Angaben die Zentripetalbeschleunigung.
Dies ist nicht die Beschleunigung, die ein Mitfahrer auf einer Achterbahn ausgesetzt ist!



Aus dem Satz lese ich das so raus ....

Kann mir denn dann mal einer erklären wieso ich nicht die Zentripetalbeschleunigung nehmen kann???
Packo
Gast





Beitrag Packo Verfasst am: 10. Feb 2011 18:14    Titel: Antworten mit Zitat

Knappe,
die Zentripetalbeschleunigung ist nur ein Teil der Beschleunigung, der eine Person ausgesetzt ist!
Knappe



Anmeldungsdatum: 10.02.2011
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Beitrag Knappe Verfasst am: 10. Feb 2011 18:18    Titel: Antworten mit Zitat

soweit ist mir das noch klar... es wirkt die Zentripetalbeschleunigung und die Erdbeschleunigung und welche noch??
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 16:03    Titel: Antworten mit Zitat

ich weis echt nicht weiter .... könnte ich denn auch mt dieser Formel arbeiten ? Ich weis ich müsste dann zwar noch die Parameter ändern weil ich ja nicht 2,5 mal so hoch bin, aber würde das evtl. damit klappen weil die Sachlage ist ungefähr die selbe

http://www.physikerboard.de/topic,10923,-achterbahn-seitl-g-kraefte-fuer-kurven.html
VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 16:54    Titel: Antworten mit Zitat

Die Zentripetalbeschleunigung ist die beschleunigung die eine Masse benötigt um auf einer Kreisbahn gehalten zu werden.
Beschreibt die Bahn der Masse eine Kurve so kannsd du diese Kurve aus lauter kleinen Kreisen zusammen setzen, den sogenannten Krümmungsradien und aus ihnen mit der bekannten Formel v²/r die Zentripetalbeschleunigung zu jeden Punkt errechnen.

Die Zentripetalbeschleunigung erfordert eine Kraft die diese bewerkstellig.

Die Kraft kann einerseits von der Gewichtskraft herrühren oder anderseits von den Schienen, sagen wir Bodenkraft dazu.

Die Gewichtskraft ist allerdings eine besondere Kraft, weil sie in jeden Massepunkt angreift, beschleunigungen die durch die Gewichtskraft entstehen sind nicht spürbar. Wenn du im freien Fall nach unten fliegst bist du belastungsfrei, weil keine Kräfte übertragen werden müssen auf die einzelnen Massepunkte, denn die Gewichtskraft greift dort automatisch an.

Die Bodenkraft ist eine Kraft die über die Massepunkte hinweg übertragen werden muß, und daher der Körper belastet wird.

Die Bodenkraft gibt aufschluss über die g Belastung.

Stehst du auf den Boden so ist die Bodenkraft m*g gleich der Gewichtskraft, somit hast du 1 g Belastung.

Die Resultierende zwischen Bodenkraft und Gewichtskraft ergibt die Kraft die im Endeffekt dann die Zentripetalbeschleunigung auslöst.
Manchmal hast du Glück und die Gewichtskraft hilft beim nach innen beschleunigen dann brauchst du weniger Bodenkraft, dadurch hast du auch weniger Belastung, manchmal muß du aber gegen die Gewichtskraft arbeiten meistens im untersten Punkt eines Looping, so mußt du die Gewichtskraft aufheben mit der Bodenkraft und zusätzlich noch mit der Bodenkraft eine resultierende Kraft nach oben bewerkstelligen.

Wenn du also deine g Belastungen ermitteln willsd dann halt dich an die Bodenkraft, und diese wirsd du ja hoffentlich ermitteln können, wenn nicht kann man ja noch mit Skizzen aushelfen.
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 17:28    Titel: Antworten mit Zitat

Also wenn ich das jetz richtig verstanden habe, muss ich ausrechnen welche Kraft die Schienen auf das Fahrzeug ausüben???

Falls ja, hab ich kein Plan wie ich das anstellen sollte....
VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 18:00    Titel: Antworten mit Zitat

okay Skizze


Bodenkraft.gif
 Beschreibung:

Download
 Dateiname:  Bodenkraft.gif
 Dateigröße:  19.53 KB
 Heruntergeladen:  4871 mal

VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 18:01    Titel: Antworten mit Zitat

Die Resultierende zwischen Bodenkraft und Gewichtskraft ist die Kraft die uns die Zentripetalkraft liefert.
Die Bodenkraft gibt auskunft über die G beschleunigung.

Soweit klar?





oder anders geschrieben.






Im Endeffekt erhälst du diese zwei Formeln:





kannsd du den Rest jetzt?
franz



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Beitrag franz Verfasst am: 14. Feb 2011 18:34    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Knappe,
Zitat:
Eine Person ... erfährt doch eine Zentripetalbeschleunigung

diese Beschreibung der wirkenden Kräfte ist von außen oder von einem auf dem Boden stehenden Beobachter aus angestellt.

Warum aber soll man sich die Sache nicht mal aus der Sicht der fahrenden Person aus betrachten, die also ihren "Kasten" als Bezugssystem definiert und guckt, was da so los ist. Nichts spricht dagegen.

Dieser Beobachter befinde sich in einem verschlossenen Kasten; er sieht keine Kreisbewegungen und ähnliches, sondern mißt nur die auftretenden Kräfte mit einem Federkraftmesser. Preisfrage: Was mißt er?
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 19:16    Titel: Antworten mit Zitat

Er misst die Zentrifugalkraft die ihn nach außen drückt, welche aber nur als Scheinkraft wirkt weil die Person in Wirklichkeit auf der Kreisbahn gehalten wird und somit eine Zentripetalkraft wirkt..
VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 19:23    Titel: Antworten mit Zitat

nein er mißt die Kastenkraft, die die Bodenkraft ist.


Kommst du nun mit den Skizzen und den Formeln mit oder immer noch nicht?

denn er mißt



denn in seinem System wirkt ebenfalls noch die gewichtskraft.


Zuletzt bearbeitet von VeryApe am 14. Feb 2011 19:26, insgesamt einmal bearbeitet
franz



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Beitrag franz Verfasst am: 14. Feb 2011 19:26    Titel: Antworten mit Zitat

Was ist (innerhalb dieses verschlossenen Kastens) der meßbare Unterschied zwischen einer "echten" und einer "scheinbaren" Kraft? Meintwegen bei einer (von außen gesehenen) Rotation und dem Stehen auf der Erde oder beim freien Fall und der Bewegung auf einer Satellitenbahn?
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:10    Titel: Antworten mit Zitat

ich kapiere gerade gar nichts mehr.....


also ich sage mal am besten was der komplette Sachverhalt ist...

Ich hab die Konstruktionspläne einer Achterbahn. Die erste Kurve nach der Steigung ist geneigt und verläuft wie ein Kreis. Die Neigung, so habe ich gelesen verringert sog. laterale G-Kräfte die nach außen wirken. Ich dachte mir jetzt, die Neigung erstmal zu vernachlässigen.... aber irgendwie hänge ich total ...

Ich will wissen wie ich jetz die G-Kräfte in der Kurve berechnen kann ...



Big Laugh.... ja im Edit beschrieben Big Laugh


Zuletzt bearbeitet von Knappe am 14. Feb 2011 20:19, insgesamt 3-mal bearbeitet
VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:14    Titel: Antworten mit Zitat

vergiss das mit den rotierenden Bezugssystem, wo liegt jetzt genau dein Problem=? kannsd du das nochmal auf den Punkt bringen.
VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:22    Titel: Antworten mit Zitat

Wer beschleunigt denn die Achterbahn nach innen=?

Kräfte?
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:22    Titel: Antworten mit Zitat

Moment ich poste mal ein Bild der Bahn damit ihr euch das vorstellen könnt
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:24    Titel: Antworten mit Zitat

?? Nach innen wirken Kräfte die die Wagen auf der Kreisbahnhalten?? *unsicher guck*
VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:26    Titel: Antworten mit Zitat

du brauchst kein Bild posten, der Sachverhalt ist klar, was nicht klar ist was du jetzt nicht genau daran verstehst.

Du benötigst eine Zentripetalkraft die die Achterbahn nach innen beschleunigt. wer liefert diese Zentripetalkraft?

okay nach innen wirkende Kräfte gut. Welche Kräfte können das sein....

Vielleicht die Kräfte von den Schienen oder vielleicht je nach Lage die Mithilfe der GewichtskrafT?
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:33    Titel: Antworten mit Zitat

die Schienen halten den Wagen auf der Bahn und liefern die nach innen wirkende Kraft..

Edit: Die Gewichtskraft wirkt immer senkrecht nach unten und ist dann nur in einem spezialfall der Auslöser bzw. mit verantwortlich, nämlich dann wenn der Wagen unten im Kreis ist wie auf dem rechtem Diagramm von dir
VeryApe



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Beitrag VeryApe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:37    Titel: Antworten mit Zitat

okay die Schienen liefern die nach innen wirkende Kraft.

was ist mit der Gewichtskraft?

die wirkt im unterteil nach aussen und im oberen Teil ja nach innen, kann die nicht im oberen Teil die schienenkraft bei der nach innen beschleunigung unterstützen?.

Die Gewichtskraft hat im oberen Teil immer eine Komponente die genau ins Zentrum zeigt oder nicht?
Knappe



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Beitrag Knappe Verfasst am: 14. Feb 2011 20:40    Titel: Antworten mit Zitat

ja kann sie smile ... und das ist dann zusammen die Zentripetdalkraft ?!!?!?!!!?

ja die Gewichtskraft zeigt im oberen Teil des Kreises ins Zentrum
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