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Airtime: Völlig losgelöst von der Erde

Mit Airtime wird bei Achterbahnen der Vorgang beschrieben, bei dem die Fahrgäste kurzzeitig ein Gefühl der Schwerelosigkeit verspüren - "Luftzeit" eben.

Hiermit wird bei den Achterbahnen der Vorgang beschrieben, bei dem die Fahrgäste kurzzeitig ein Gefühl der Schwerelosigkeit verspüren - "Luftzeit" eben, um den Ausdruck wörtlich zu übersetzen. Ausgeprägt tritt die "Airtime" vor allem bei abrupten Übergängen von Aufwärts- und Abwärtsbewegungen ein, also gerade dann, wenn der Zug zum Bespiel mit großer Geschwindigkeit über einen Hügelkuppe braust.Über das Zustandekommen dieses Ereignisses hat nur die Physik einen Einfluss: Normalerweise wirkt auf jeden Körper, also auch auf uns Menschen, die Gewichtskraft F = Masse * 9,81 m / s quadrat, auch mit 1 G bezeichnet. Bekanntlich werden wir von der Erde angezogen; dies geschieht genau mit dieser zur Erdoberfläche senkrecht stehenden Kraft, die auch Erdanziehungskraft genannt wird. Interessant wird es nun, wenn man den Betrag der Kraft ändern könnte. Wird die Kraft nämlich größer als 1 G, so fühlen wir uns schwerer, ist der Betrag kleiner als 1 G, so fühlt man sich leichter (Airtime). Neben der reinen Schwerelosigkeit bei 0 G können auch negative Werte erreicht werden.Wie "entsteht" aber nun Airtime?! Sitzt man in einem Achterbahnzug, der auf horizontaler also waagerechter Strecke mit gleicher Geschwindigkeit geradeaus fährt, so wirkt senkrecht gen Boden die Erdanziehungskraft von 1 G. Ein Zustand, den man auch erfahren könnte, wenn man auf einem in Ruhe befindlichen Stuhl sitzen würde. Der Planer unser kleinen Modellachterbahn hat für die Fahrgäste nun einen Drop mit direkt sich anschließenden Hügel konstruiert. Hier wird es jetzt interessant: Die Schienen sind nämlich auf einem gewissen Abschnitt der Strecke wie bei einem Kreis gebogen. So wie sich auf diesen Streckenabschnitten die Fahrtrichtung des Zuges ändert, wirkt auf diesen auch eine Kraft, die sogenannte Zentripetalkraft, die, würde man den Kreisbogen gedanklich zu einem Kreis vervollständigen, zu dessen Mittelpunkt zeigen würde. Interessanterweise erfahren die Insassen des Zuges aber eine entgegengesetzte Kraft, die sogenannte Zentrifugalkraft, deren Betrag zwar identisch mit der Zentripetalkraft ist, aber eben in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Die Kraft selbst darf man aber als Scheinkraft bezeichnen, da sie eigentlich nicht existent ist, man aber als Mitfahrer eines durch die Zentripetalkraft beschleunigten Systems die Auswirkungen als Zentrifugalkraft wahrnimmt. Ein ähnliches Phänomen (nur in der horizontalen Ebene) tritt zum Beispiel bei der Durchfahrt einer scharfen Kurve im Auto auf: Als Insasse hat man den Eindruck, dass man durch eine Kraft, eben die Zentrifugalkraft, zum Kurvenäußeren "gedrückt" wird, obwohl das Auto durch eine zum Mittelpunkt der Kurve gerichtete Zentripetalkraft "beschleunigt" wird.Nun zur Achterbahn: Zwei Punkte auf der Modellachterbahn werden nun näher betrachtet (Dies ist ein idealisiertes Anschauungsmodell, entspricht also nicht in allen Punkten der Realität!). Einmal der Tiefpunkt der Strecke (Punkt 1) und der Hochpunkt des darauf folgenden Hügels (Punkt 2). Beide Beobachtungspunkte werden vom Wagen idealerweise waagerecht zur Erdoberfläche durchfahren.Zu Punkt 1: Man sieht, dass die zusätzliche Zentrifugalkraft zur bekannten und überall wirkenden Erdanziehungskraft dazuaddiert wird. Der Betrag der spürbaren Kraft wird also größer und übersteigt den Wert der Erdanziehungskraft. Nach der obigen Aussage fühlt man sich schwerer.Zu Punkt 2: Hier wirkt die vom Fahrgast erfahrbare Zentrifugalkraft nach oben, also entgegengesetzt zur Richtung der Erdanziehungskraft. Diese wird nun also kleiner. Man fühlt sich also leichter, empfindet durchaus Schwerelosigkeit (0 G) oder auch eine Kraftwirkung gen Himmel (negative G): Man spürt besagte "Airtime". Dies ist natürlich nicht nur in diesem betrachteten Scheitelpunkt der Fall: Kurz vor und auch nach dem Betrachtungspunkt wird die Gewichtskraft auch schon spürbar durch die senkrecht zum Erdboden liegende Komponente der Zentrifugalkraft gemindert. In der Realität besitzt der Achterbahnzug zusätzlich eine gewisse Länge (Chaisen natürlich ausgeschlossen). Dabei wirkt sich die Sitzposition auch auf den Effekt der "Airtime" aus: Sitzt man nämlich im vorderen Bereich des Zuges, überfährt man die Kuppe (Punkt 2) mit langsamerer Geschwindigkeit als die Wagen im hinteren Teil des Zuges: Ist der Zug nun lang genug, so werden die hinteren Wagen durch das Gewicht des schon in der Abfahrt befindlichen Vorderteils des Zuges über die Bergkuppe hinweg beschleunigt. Betrachtet man die Formel der Zentripetalbeschleunigung (m * v quadrat / r), so wirkt sich die höhere Geschwindigkeit auf ihren Betrag quadratisch aus. Die "Airtime" erlebt man dadurch im hinteren Teil des Zuges intensiver als im vorderen Bereich.

Daniel Schoppen
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