G-Kräfte: Schneller als das Spaceshuttle

Eine Achterbahn ohne Gravitationskräfte würde nicht funktionieren: Da die meisten Achterbahnen keinen eigenen Antrieb besitzen, sind sie dem Spiel der Erdanziehung ausgeliefert und können durch einen geschickt gewählten Schienenverlauf beschleunigen, abbremsen oder die Richtung ändern. Bei allen drei Vorgängen wirken jeweils auf den Achterbahnzug und den Fahrgast die sogenannten G-Kräfte. Für den Achterbahninsassen stellen diese eine körperliche Belastung dar: Bei G-Kräften über 1g wird der Fahrgast schwerer, unter 1g dagegen leichter. Ein Wert von 0g bedeutet Schwerelosigkeit. Da diese Belastungen gewisse Grenzwerte nicht überschreiten dürfen, muss der Achterbahnkonstrukteur diese an jedem Punkt der Fahrstrecke beachten. Um räumlich angeordnete G-Kräfte rechnerisch betrachten zu können, zerlegt man diese in drei senkrecht aufeinanderstehende Richtungen: Die vertikale G-Kraft geht vom Kopf zum Fuß, die laterale G-Kraft greift seitlich an und die letzte zeigt in ihrer positiven Ausrichtung in die Fahrtrichtung. Eine Kraft berechnet sich nach dem Gesetz von Newton durch F = m * a. Wird zum Beispiel ein Looping durchfahren, so erfährt man aufgrund des Richtungswechsels (man bewegt sich auf einer Kreisbahn) eine starke Kraft (Zentrifugalkraft), die, je größer die Geschwindigkeit und je kleiner der Radius des Loopings wird, an Größe gewinnt. Da die Masse m konstant bleibt (Zug und Fahrgäste), verändert sich mit der Kraft nur die Größe der Beschleunigung a. Dabei entsprechen 9,81 m/s quadrat einem g. Mit g bezeichnet man die Erdbeschleunigung: 1 g entspricht der einfachen Erdanziehung, wobei zum Beispiel 5 g der fünffachen Erdanziehung entsprechen.Vernachlässigt man den Luftwiderstand, so würde ein Fallschirmspringer vor dem Öffnen seines Schirmes mit genau 1g im Freien Fall beschleunigen. Pro Sekunde verdoppelt er dabei seine Geschwindigkeit um 9,81 m/s. Die Ursache dieser Beschleunigung ist die Gewichtskraft G. Steht ein Mensch auf einer Leiter, so lastet genau 1G auf der Stufe. Springt er von der Leiter, so wird er nicht mit von der Stufe vor dem freien Fall bewahrt, sondern durch die in Richtung des Erdmittelpunktes zeigende Erdbeschleunigung (g = 9,81 m/s quadrat) beschleunigt.Die Dynamik der Kräfte, somit die Veränderung von Beschleunigungen, sind entscheidend für eine erlebnisreiche Achterbahnfahrt: Der Mensch selbst hat nämlich kein ausgeprägtes Empfinden für Geschwindigkeiten, kann dafür aber umso besser Beschleunigungen und deren Veränderungen wahrnehmen. Problematisch wird es nur, wenn die Beschleunigungen zu groß werden: Wird nämlich zum Beispiel die positive Beschleunigung in Richtung der vertikalen Achse (Kopf - Sitz; bezogen auf den sich bewegenden Fahrgast, also eine mitbewegende Koordinatenachse) zu groß und bleibt für einen längeren Zeitraum auf diesem hohen Niveau, so wird das Blut durch die hohe Beschleunigungskraft aus den feinen Adern des Gehirn gedrängt und kann zu Blackouts führen. Weiterhin ist der physiologische Aufbau eines Menschen auch nicht für extrem hohe und kurzzeitige Beschleunigungen geschaffen. Erreicht zum Beispiel die laterale Beschleunigung urplötzlich eine große Veränderung, so kann es zu Schlüsselbeinbrüchen kommen. Der Kopf ist aufgrund seines Gewichtes nämlich träge und folgt dem Richtungswechsel des Körpers nicht sofort.Trotzdem muss der "normale" Achterbahnfahrer kein durchtrainierter Übermensch sein! Auch um seine Gesundheit muss heute keiner mehr bei einer Achterbahnfahrt fürchten: Die Beschleunigungen und ihr Wirkungszeitraum sind nämlich durch Erfahrungen und wissenschaftliche Untersuchungen auf Maximalwerte begrenzt. So sollten zum Beispiel kurzzeitig nur maximal 6g in der vertikalen bzw. 2g in der lateralen Achse (Schulter - Schulter) auf den Fahrgast wirken. Bei gleichzeitigem Auftreten von vertikaler und lateraler Beschleunigung sind die zulässigen Beschleunigungswerte je nach ihrem Verhältnis zueinander geringer!Jeder Hersteller von Achterbahnen hält sich an diese Maximalwerte, die den "Stand der Technik" widerspiegeln. Ein Überschreiten dieser Werte kann bei Nachweis nach einem dadurch bedingten Unfall schwerwiegende Folgen für ein Unternehmen haben. Bei Erstinbetriebnahmen von Achterbahnen und Fahrgeschäften in Deutschland werden die auftretenden Beschleunigungen zudem vom TÜV durch Messungen überprüft.