Hat in einer Achterbahn das hintere Auto eine höhere Beschleunigung/Geschwindigkeit?

Diese Frage beschäftigt mich, weil ich mich gefragt habe: Warum fühlen sich die Menschen im hinteren Wagen einer Achterbahn schwereloser als im vorderen Wagen?

Um den Effekt der Schwerelosigkeit zu spüren, müssen Sie mit der Erdbeschleunigung (ca. 9,8 m/s^2) beschleunigen. Daher spüren Sie diesen Effekt nicht im Vorderwagen, sondern eher im Hinterwagen. Aber alle Autos sind miteinander verbunden, und ein einzelnes Auto kann nicht schneller beschleunigen oder schneller fahren, weil es von den anderen Autos gezogen / geschoben wird.

Ich stecke gerade fest, um die Antwort zu bekommen. Wenn alle Autos an verschiedenen Punkten der Strecke mit der gleichen Beschleunigung oder der gleichen Geschwindigkeit fahren müssen, warum fühlt sich das hintere Auto dann schwerer an? Um dieses Gefühl zu haben, müssen Sie nahe der Gravitationsbeschleunigung beschleunigen ... es macht keinen Sinn!

Ich habe die Luftreibung, die Reibungskräfte, außen vor gelassen, da ich vermute, dass ihre Kraft in einer solchen Situation nicht berücksichtigt werden sollte.

Man könnte sagen, dass die absolute Beschleunigung/Geschwindigkeit in jedem Auto gleich ist, aber die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsvektoren sind unterschiedlich.

Antworten (3)

Die Beschleunigung entlang der Strecke ist für jedes Auto immer gleich, aber für jedes Auto passt diese Beschleunigung auf unterschiedliche Weise zu den Hügeln / der Schwerkraft. Als das vordere Auto einen Hügel erklimmt, wird die Achterbahn langsamer; das vordere Auto wird von den anderen Autos nach hinten gezogen. Aber als das hintere Auto einen Hügel erklimmt, wird es von den anderen Autos nach vorne gezogen.

Bergab wird das vordere Auto beschleunigt . Über Hügel wird das hintere Auto beschleunigt . Deshalb fühlen sie sich beim Fahren anders an.

Es scheint also, dass für eine gegebene Achterbahnbahn und eine gegebene Achterbahn die Achterbahn langsamer wird, wenn das vordere Auto über eine Kuppe fährt, und dass sie weiter verlangsamen wird, bis die Achterbahn auf halbem Weg über der Kuppe ist. Nachdem die Achterbahn auf halbem Weg über den Kamm ist, beginnt sie wieder zu beschleunigen. Das vordere Auto und das hintere Auto fahren also mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit über eine Kuppe und erfahren daher ungefähr die gleichen negativen g's? Scheint, dass die Mitte der Achterbahn der Platz zum Sitzen ist, wenn man mit der geringsten Geschwindigkeit über eine Kuppe fahren und weniger negative g-Kräfte erfahren möchte.
Und wenn die Durchschnittsgeschwindigkeit über eine volle Runde des hinteren Autos anders ist als die des vorderen Autos, dann gibt es ein Problem ...
@SamuelWeir Ich glaube nicht. Sie berücksichtigen die Beschleunigung, weil Sie der Strecke mit hoher Geschwindigkeit folgen, aber nicht die Beschleunigung entlang der Strecke. Dies ergibt nur ganz oben auf dem Hügel die korrekten negativen Gs. Kurz hinter der Spitze wird die Vorderseite zurückgezogen (gegen den Fall), während die Rückseite nach vorne gezogen wird (in den Fall). Ich vermute, dass die Fortsetzung nach dem Kamm der Grund für die unterschiedliche Empfindung ist.
@CraigGidney - Ja, ich gehe davon aus, dass die Beschleunigung in Richtung der Strecke klein ist im Vergleich zur Beschleunigung seitlich zur Strecke. Diese Querbeschleunigungen sind diejenigen, an die ich mich nach einer Achterbahnfahrt am meisten erinnere, insbesondere wenn ich über Kuppen fahre und negative oder nahezu Null g erlebe, daher gehe ich davon aus, dass die Beschleunigungen entlang der Strecke im Vergleich dazu gering sind, zumindest in der Nähe von Kuppen . Ich könnte mich aber irren.
@ JonCuster Nun, das hintere Auto ist zum vorderen Auto geworden :-|
Sehr gute Antwort.
@JonCuster: Eigentlich, wenn sich die momentane Geschwindigkeit jemals zwischen dem hinteren und dem vorderen Auto unterscheidet, dann ist das ein Problem!
@SamuelWeir, du hast recht. Das vordere Auto taucht mit einer höheren Geschwindigkeit in die "Täler" ein als jedes andere Auto, und so erfährt ein Fahrer vorne die höchsten "positiven Gs". Das hintere Auto wird schneller als jedes andere Auto über die Gipfel gepeitscht, und der Fahrer erfährt dort die höchsten "negativen Gs". Je länger der Zug, desto größer ist der Unterschied zwischen den beiden Positionen. Wenn Sie beide Extreme vermeiden möchten, dann ist der Mittelwagen der richtige Platz zum Sitzen.
@dotancohen - die Kupplungen haben etwas Spiel, aber nicht viel.
@jameslarge nein, das macht eigentlich keinen Sinn. Aus Symmetriegründen fährt der vordere Wagen mindestens so schnell über die Spitze wie der hintere Wagen (weil in beiden Fällen die potenzielle Energie gleich ist und weil der vordere Wagen früher an der Spitze vorbeifährt und der Zug nicht mit Strom versorgt wird, kann er es nur haben höchstens so viel kinetische Energie, bis das hintere Auto dort ankommt). Das setzt voraus, dass der Hügel selbst symmetrisch ist – keine gute Annahme für die meisten Achterbahnen, aber wenn das das Entscheidende ist, dann sind die bisherigen Erklärungen falsch.
@leftaroundabout du hast recht. Das mittlere Auto erfährt die höchsten positiven Gs in Senken und die niedrigsten negativen Gs über Hügeln. Sie müssen nicht jeden einzelnen Waggon betrachten, sondern können einfach den Schwerpunkt des gesamten Zuges betrachten. Wenn der Schwerpunkt am höchsten Punkt ist, ist die Geschwindigkeit am niedrigsten, wenn er am niedrigsten Punkt ist, ist die Geschwindigkeit am höchsten. Der Schwerpunkt sollte jedoch ungefähr auf Höhe des Mittelwagens liegen.
@Adwaenyth ja, das wäre auch meine Argumentation. Aber wie macht dann irgendetwas von dem, was hier gesagt wird, Sinn? Das Fahren vorne sollte sich ähnlich anfühlen wie das Fahren hinten, und beide unterscheiden sich nur von der Mitte.
@leftaroundabout Die Beschleunigung unterscheidet sich für das erste und das letzte Auto. Die Schwerkraft ist für jedes Auto an jeder Position konstant, der Beschleunigungsvektor folgt nicht der Strecke. Die Aufwärts-/Abwärtskräfte sind ungefähr gleich, die Vorwärts-/Rückwärtskräfte nicht.
@Adwaenyth, Hmm ... Weißt du, wo es nicht symmetrisch ist, ist auf der Spitze des allerersten Hügels. Dort nähert sich der Zug, da er von der Antriebskette hochgezogen wird, mit konstanter Geschwindigkeit der Kuppe, und der Fahrgast auf dem ersten Sitzplatz fährt viel langsamer hinüber als der Fahrgast auf dem letzten Sitzplatz. Vielleicht ist das der einzige Hügel, an den ich mich genau erinnern kann. Vielleicht bringt die Fahrt meine Erinnerung an all die anderen Hügel und Täler durcheinander.
Das vordere Auto beschleunigt, nachdem es die Spitze des Hügels erreicht hat. Wenn das vordere Auto zu dem Zeitpunkt, an dem der Schwerpunkt die Spitze des Hügels erreicht, den Fuß des Hügels erreicht hat, beschleunigt es nicht nach unten. es wird flach sein. Es ist der Massenmittelpunkt, dessen Beschleunigung dem Hügel entspricht.

Wenn ich auf der Felge eines sich drehenden Rades sitze, werde ich ständig auf die Nabe des Rades zu beschleunigt, obwohl das Rad selbst ständig in Bewegung ist. Das Gleiche gilt für die Achterbahn.

Das letzte Auto wird schneller über die Kurve gezogen und erfährt daher eine größere Beschleunigung tangential zur Strecke, obwohl seine lineare Beschleunigung entlang der Richtung der Strecke die gleiche ist wie beim ersten Auto.

Also ja und nein. Die Beschleunigung entlang der Strecke ist für alle Autos gleich. Die Beschleunigung zur oder von der Strecke weg ist für das letzte Auto größer, wenn es über einen Buckel fährt, und größer für das erste Auto, wenn es ein Tal durchquert.

Warum „wird das letzte Auto schneller über die Kurve gezogen“? Energieerwägungen legen nahe, dass es genauso schnell sein sollte wie das vordere Auto, wenn es sich in derselben Kurve befindet, es sei denn, die Strecke ist absichtlich mit asymmetrischen Hügeln gebaut.
@leftaroundabout Energieeinsparung funktioniert hier nicht für einzelne Autos, weil sie nicht isoliert sind. Es funktioniert für den Achterbahnzug als Ganzes.
@xiaomy genau, das meinte ich: wenn a) das erste Auto am Scheitelpunkt steht, ist der Rest des Zuges noch tiefer und damit mehr Energie in kinetischer Form. Wenn b) die Zugmitte im Scheitelpunkt ist, ist die meiste Masse hoch oben und damit die Geschwindigkeit geringer. Wenn c) das letzte Auto am Scheitelpunkt steht, ist die kinetische Energie wieder höher, aber nur dann höher als in a) , wenn der Hügel asymmetrisch ist, dh steiler nach unten als nach oben. Nicht, dass ich das in irgendeiner Weise für unwahrscheinlich halte, nur wenn das wichtig ist, sollte es in den Antworten richtig diskutiert werden.
@leftaroundabout Ich verstehe, was du meinst. Tatsächlich ist zu den Zeitpunkten a) und c) die kinetische Energie gleich, Symmetrie vorausgesetzt. Bei a) wird jedoch kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt, während es bei c) umgekehrt ist, sodass das letzte Auto mit Beschleunigung über die Spitze fahren würde. Subjektiv mag es sich anders anfühlen, aber sicherlich würden sowohl das erste als auch das letzte Auto schneller über die Spitze fahren als die dazwischen.
@leftaroundabout - Alle Autos fahren zu jedem Zeitpunkt mit der gleichen Geschwindigkeit, aber der Zug ist kein Punkt, daher befinden sich alle Autos zu diesem Zeitpunkt an verschiedenen Orten. Stellen Sie sich vor – zu einem bestimmten Zeitpunkt – dass der Zug einen Hügel hinunterstürzt. Das erste Auto wird wahrscheinlich einen geraden Streckenabschnitt überqueren, während der letzte Zug wahrscheinlich mit hoher Geschwindigkeit über einen Buckel gezogen wird. Daher erfährt das letzte Auto eine größere Beschleunigung, da seine Aufwärtsbewegung in eine Abwärtsbewegung umgewandelt wird.
@leftaroundabout - Dies wäre auch dann der Fall, wenn das erste Auto nicht beschleunigt und eine konstante Abwärtsbewegung hätte. In Ermangelung eines besseren Wortes würde das letzte Auto eine Zentripetalkraft erfahren, die nur eine Beschleunigung in Richtung einer Nabe ist, die der Trägheit entgegenwirkt.
@superluminary Ich bin mir dessen voll bewusst. Sicher, das letzte Auto erfährt Zentripetalkraft, wenn es über die Spitze fährt. Mein Punkt ist, dass der Zug zu dem Zeitpunkt, an dem das erste Auto diesen Scheitelpunkt passiert, genauso schnell wäre und daher das erste Auto dieselbe Zentripetalkraft erfahren sollte wie das letzte Auto später. Nur zwischendurch , wenn der Mittelwagen im Scheitelpunkt steht, wird die Geschwindigkeit geringer, weil der Schwerpunkt höher liegt und somit weniger Energie in kinetischer Form.
@leftaroundabout Ah, ich verstehe. Dies wäre richtig, wenn man von symmetrischen Hügeln ausgeht. Achterbahnen sind selten symmetrisch. Denken Sie an den ersten Tropfen – ein langes langsames Ziehen, dann ein Sturz. Das erste Auto bewegt sich kaum; die letzten Rennen um die Kurve.

Wenn Sie ein Freikörperdiagramm mit dem Schwerpunkt in der Mitte des Zuges zeichnen, aber mit dem vorderen Wagen knapp über der Kuppe, werden Sie sehen, dass die Nettokraft den Zug abbremsen soll (nach unten und nach hinten, wenn er die Kuppe erreicht). hügel).

Wenn Sie das Diagramm zeichnen, aber stattdessen befindet sich das hintere Auto jetzt auf der Spitze des Hügels, dann soll die Nettokraft den Zug beschleunigen (nach unten und nach vorne), was zu dem Gefühl der "Schwerelosigkeit" von reduziertem g führt (vielleicht sogar negativ je nach Untersetzertyp).

Während also die Nettobeschleunigung und -geschwindigkeit des Zuges über den gesamten Zug hinweg gleich ist, betrachten Sie die Kräfte zu unterschiedlichen Zeiten und damit zu unterschiedlichen Werten.

episches MS Paint Free Body Diagramm

Hat in einer Achterbahn das hintere Auto eine höhere Beschleunigung/Geschwindigkeit?
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