Die Physik der Achterbahn

Die meisten Achterbahnen müssen am Anfang der Strecke durch einen „Lift“ hinaufgezogen werden, um genügend Energie für die folgende Achterbahnfahrt zu erhalten, denn diese ist allein durch die Schwerkraft geregelt. Je höher die erste Steigung, also der Lift, desto länger kann die darauf folgende Achterbahnfahrt sein. Manche Achterbahnen kommen jedoch ohne diesen „Lift-Hill“ aus und beschleunigen aus dem Stand.

Der Start

So auch die der neue Blue Fire Megacoaster im Europa-Park in Rust. Per „Hydrauliksystem“ beschleunigt er von 0 auf 100 km/h in nur 2,5 Sekunden. Nach diesem Abschuss gelten hier die Regeln der Schwerkraft. Mit diesen beiden Angaben lassen sich nun die Beschleunigung „a“ und die Beschleunigung strecke „s“ der Bahn berechnen.

Die Energieumwandlung

Bei einer Achterbahn sind der stete Wechsel und die Umwandlung der potentiellen und kinetischen Energie zu beobachten. Nach dem Ausklinken setzt sich der Zug in Bewegung und die potentielle wird in Energie der Bewegung (kinetische Energie) umgewandelt indem die Masse des Zuges beschleunigt wird. Sobald sich der Zug an seiner tiefsten Stelle befindet, wird der Vorgang umgekehrt und die kinetische Energie wandelt sich wieder in potentielle um, indem die Wagen wieder an Höhe gewinnen. Bevor sie zum Stillstand kommen wird der Zug wieder in einer Talfahrt beschleunigt und die Energie wieder umgewandelt. Durch den geringen Energieverlust auf Grund spezieller Walzen- und Kugellager kann dieser Vorgang bei modernen Achterbahnen lange wiederholt werden.

Der Bremsvorgang

Damit der Zug nach der eigentlichen Achterbahnfahrt mit Schrittgeschwindigkeit wieder zurück in die Station fahren kann, muss er meistens abgebremst werden. Der „Silver Star“ im Europa Park in Rust wird am Ende der Strecke von ca. 50 auf ca. 7 km/h mit Hilfe von „Wirbelstrombremsen“ abgebremst: An der Schiene sind Permanentmagneten angebracht, unter dem Zug Kupferbleche. Gelangen diese Kupferbleche in die Permanentmagneten, entstehen „Wirbelströme“, welche ein dem Permanentmagneten entgegengesetztes Magnetfeld erzeugen. Das hat den Effekt, dass der Zug binnen 4 Sekunden auf ca. 7 km/h abgebremst wird. Auf der weiteren Strecke bis zur Station sind pneumatische Bremsen verteilt, die greifen, wenn eine zu hohe Geschwindigkeit festgestellt wird. Aus Geschwindigkeit = v und Zeit = t lässt sich die verzögerte Beschleunigung aB und die Bremsstrecke sB berechnen.

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