Frage:
Hat das Heckauto in einer Achterbahn eine höhere Beschleunigung / Geschwindigkeit?
Citizen602214085
2017-10-09 22:03:26 UTC
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Ich wundere mich über diese Frage, seit ich mich gefragt habe: Warum fühlen sich Menschen im hinteren Auto einer Achterbahn schwereloser als im vorderen Auto?

Um den Effekt der Schwerelosigkeit zu spüren, müssen Sie bei der Beschleunigung der Schwerkraft (ca. 9,8 m / s ^ 2) beschleunigen.Daher spüren Sie diesen Effekt nicht im vorderen Auto, sondern eher im hinteren Auto.Aber alle Autos sind miteinander verbunden, und ein einzelnes Auto kann nicht schneller beschleunigen oder schneller fahren, weil sie von den anderen Autos gezogen / geschoben werden.

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

Ich habe die Luftreibung und die Reibungskräfte außerhalb davon platziert, 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.
Drei antworten:
Craig Gidney
2017-10-09 22:32:50 UTC
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Die Beschleunigung entlang der Strecke ist für jedes Auto immer gleich, aber für jedes Auto richtet sich diese Beschleunigung auf unterschiedliche Weise nach den Hügeln / der Schwerkraft aus.Während das vordere Auto einen Hügel erklimmt, bremst der Untersetzer ab;Das vordere Auto wird von den anderen Autos nach hinten gezogen.Aber wenn das hintere Auto einen Hügel erklimmt, wird es vom Rest der Autos nach vorne gezogen.

Das vordere Auto wird bergab beschleunigt.Das hintere Auto wird über Hügel beschleunigt.Deshalb fühlen sie sich beim Fahren anders.

Es scheint also, dass für eine bestimmte Achterbahnstrecke und eine bestimmte Achterbahn die Achterbahn langsamer wird, wenn das vordere Auto über einen Kamm fährt, und weiter verlangsamt, bis sich die Achterbahn auf halber Höhe über dem Kamm befindet.Nachdem sich der Untersetzer auf halber Höhe des Kamms befindet, beginnt er wieder zu beschleunigen.Also fahren das vordere Auto und das hintere Auto mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit über einen Kamm und erleben daher ungefähr die gleichen negativen gs?Scheint, dass die Mitte des Untersetzers der Platz zum Sitzen ist, wenn man mit der geringsten Geschwindigkeit über einen Kamm fahren und weniger negative g-Kräfte erfahren möchte.
Und wenn sich die Durchschnittsgeschwindigkeit über eine volle Strecke des hinteren Autos von der des vorderen Autos unterscheidet, gibt es ein Problem ...
@SamuelWeir Das glaube ich nicht.Sie berücksichtigen die Beschleunigung, wenn Sie der Strecke mit Geschwindigkeit folgen, nicht jedoch die Beschleunigung entlang der Strecke.Dies ergibt das korrekte negative Gs nur ganz oben auf dem Hügel.Kurz nach der Spitze wird die Vorderseite nach hinten gezogen (gegen den Fall), während die Rückseite nach vorne gezogen wird (in den Fall).Ich vermute, dass das Follow-Through nach dem Wappen der Grund für die unterschiedliche Empfindung ist.
@CraigGidney - Ja, ich gehe davon aus, dass die Beschleunigung entlang der Spurrichtung im Vergleich zur Beschleunigung seitlich der Spur gering ist.Diese Querbeschleunigungen sind diejenigen, an die ich mich nach einer Achterbahnfahrt am meisten erinnere, insbesondere wenn ich über Kämme fahre und negative oder nahe Null gs erlebe. Daher gehe ich davon aus, dass die Beschleunigungen entlang der Strecke im Vergleich gering sind, zumindest in der Nähe von Kämmen.Ich könnte mich jedoch irren.
@JonCuster Nun, das hintere Auto ist das vordere Auto geworden: - |
Sehr gute Antwort.
@JonCuster: Eigentlich ist es ein Problem, wenn sich die momentane Geschwindigkeit jemals zwischen dem hinteren und dem vorderen Auto unterscheidet!
@SamuelWeir, Sie sind richtig.Das vordere Auto stürzt mit einer höheren Geschwindigkeit als jedes andere Auto in die "Täler", 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 dort erfährt die höchsten "negativen Gs".Je länger der Zug ist, desto größer ist der Unterschied zwischen den beiden Positionen.Wenn Sie eines der beiden Extreme vermeiden möchten, ist das mittlere Auto der richtige Ort zum Sitzen.
@dotancohen - die Kupplungen sind etwas locker, aber nicht viel.
@jameslarge nein, das macht eigentlich keinen Sinn.Aus Symmetriegründen fährt das vordere Auto mindestens so schnell wie das hintere Auto über die Spitze (weil in beiden Fällen die potentielle Energie gleich ist und weil die Front früher über die Spitze fährt und der Zug nicht angetrieben wird, kann es nur seinhöchstens so viel kinetische Energie, wenn das hintere Auto dort ankommt).Dies setzt voraus, dass der Hügel selbst symmetrisch ist - keine gute Annahme für die meisten Untersetzer, aber wenn dies das Entscheidende ist, sind die bisherigen Erklärungen falsch.
@leftaroundabout Sie sind richtig.Das mittlere Auto wird die höchsten positiven Gs in Depressionen und die niedrigsten negativen Gs über Hügeln erfahren.Sie müssen nicht jedes einzelne Auto betrachten, sondern können nur den Schwerpunkt für den gesamten Zug betrachten.Wenn der Schwerpunkt am höchsten Punkt liegt, ist die Geschwindigkeit am niedrigsten, wenn er am niedrigsten Punkt ist, ist die Geschwindigkeit am höchsten.Der Schwerpunkt sollte jedoch ungefähr gleich dem mittleren Auto sein.
@Adwaenyth ja, das wäre auch meine Argumentation.Aber wie macht das hier Gesagte dann Sinn?Das Fahren vorne sollte sich ähnlich anfühlen wie das Fahren hinten und beide unterscheiden sich nur von der Mitte.
@leftaroundabout Die Beschleunigung ist für das erste und das letzte Auto unterschiedlich.Die Schwerkraft ist für jedes Auto an jeder Position konstant, der Beschleunigungsvektor entspricht nicht der Spur.Die Aufwärts- / Abwärtskräfte sind ungefähr gleich, die Vorwärts- / Rückwärtskräfte nicht.
@Adwaenyth, Hmm ... Weißt du, wo es nicht symmetrisch ist, befindet es sich auf dem allerersten Hügel.Dort nähert sich der Zug dem Scheitel mit konstanter Geschwindigkeit, während er von der Antriebskette hochgezogen wird, und der Passagier auf dem ersten Sitz fährt viel langsamer über als der Passagier auf dem letzten Sitz.Vielleicht ist das der einzige Hügel, an den ich mich deutlich erinnern kann.Vielleicht verwirrt die Fahrt meine Erinnerung an all die anderen Hügel und Täler.
Das vordere Auto beschleunigt, nachdem es die Spitze des Hügels erreicht hat.Wenn der Schwerpunkt zu dem Zeitpunkt, an dem der Schwerpunkt die Spitze des Hügels erreicht, die Unterseite des Hügels erreicht hat, beschleunigt er nicht mehr.es wird flach sein.Es ist der Schwerpunkt, dessen Beschleunigung dem Hügel entspricht.
James
2017-10-10 20:39:34 UTC
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Wenn Sie ein Freikörperdiagramm mit dem Schwerpunkt in der Mitte des Zuges, aber mit dem vorderen Wagen direkt über dem Scheitel zeichnen, sehen Sie, dass die Nettokraft darin besteht, den Zug abzubremsen (dabei nach unten und hinten)erklimmt den Hügel).

Wenn Sie das Diagramm zeichnen, sich aber jetzt das hintere Auto oben auf dem Hügel befindet, besteht die Nettokraft darin, den Zug zu beschleunigen (abwärts und vorwärts). Dies führt zu dem Gefühl der "Schwerelosigkeit" von reduziertem g (möglicherweise sogar negativ, abhängig vom Untersetzertyp).

Während die Nettobeschleunigung und -geschwindigkeit des Zuges im gesamten Zug gleichmäßig ist, betrachten Sie die Kräfte zu unterschiedlichen Zeiten und damit zu unterschiedlichen Werten.

epic ms paint free body diagram

superluminary
2017-10-11 13:07:50 UTC
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Wenn ich auf der Felge eines sich drehenden Rades sitze, werde ich kontinuierlich in Richtung der Radnabe beschleunigt, obwohl das Rad selbst eine ständige Bewegung hat.Gleiches gilt für die Achterbahn.

Das letzte Auto wird schneller über die Kurve gezogen und erfährt so eine größere Beschleunigung tangential zur Spur, obwohl seine lineare Beschleunigung entlang der Richtung der Spur dieselbe ist wie die des ersten Autos.

Also ja und nein.Die Beschleunigung entlang der Strecke ist für alle Autos gleich.Die Beschleunigung in Richtung oder von der Strecke weg ist beim letzten Auto größer, wenn Sie über einen Buckel fahren, und beim ersten Auto größer, wenn Sie ein Tal durchqueren.

Warum „wird das letzte Auto schneller über die Kurve gezogen“?Aus energetischen Gründen sollte es genauso schnell sein 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 gesamten Achterbahnzug.
@xiaomy genau, das habe ich gemeint: Wenn ** a) ** das erste Auto am Scheitelpunkt ist, ist der Rest des Zuges noch niedriger und damit mehr Energie in kinetischer Form.Wenn sich ** b) ** die Mitte des Zuges an der Spitze befindet, ist der größte Teil der Masse hoch und damit die Geschwindigkeit niedriger.Wenn ** c) ** das letzte Auto am Scheitelpunkt ist, ist die kinetische Energie wieder höher, aber nur höher als in ** a) **, wenn der Hügel asymmetrisch ist, d. H. Steiler als oben.Nicht, dass ich dies in irgendeiner Weise für unwahrscheinlich halte, nur wenn dies das Wichtigste ist, sollte es in den Antworten richtig besprochen werden.
@leftaroundabout Ich verstehe, was du meintest.Tatsächlich ist im Moment ** a) ** und ** c) ** die kinetische Energie unter der Annahme der Symmetrie dieselbe.Bei ** a) ** wird kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt, während ** c) ** es umgekehrt ist, sodass das letzte Auto schneller über den Scheitelpunkt 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, so dass sich alle Autos zu diesem Zeitpunkt an verschiedenen Orten befinden.Stellen Sie sich zu einem bestimmten Zeitpunkt vor, dass der Zug einen Hügel hinunterfällt.Das erste Auto überquert wahrscheinlich einen geraden Streckenabschnitt, während der letzte Zug wahrscheinlich mit Geschwindigkeit über einen Buckel gezogen wird.Daher wird das letzte Auto eine größere Beschleunigung erfahren, da seine Aufwärtsbewegung in eine Abwärtsbewegung umgewandelt wird.
@leftaroundabout - Dies würde auch dann zutreffen, wenn das erste Auto nicht beschleunigt und eine konstante Abwärtsbewegung aufweist.In Ermangelung eines besseren Wortes würde das letzte Auto eine Zentripetalkraft erfahren, die nur eine Beschleunigung in Richtung einer Nabe darstellt, die der Trägheit entgegenwirkt.
@superluminary Ich bin mir dessen voll bewusst.Sicher, das letzte Auto erfährt eine Zentripetalkraft, wenn es über die Spitze fährt.Mein Punkt ist, dass zu dem Zeitpunkt, an dem das erste Auto diesen Scheitelpunkt passiert, der Zug genauso schnell ist und daher das erste Auto die gleiche Zentripetalkraft erfahren sollte wie das letzte Auto später.Nur dazwischen, wenn sich das mittlere Auto am Scheitelpunkt befindet, wird die Geschwindigkeit niedriger sein, da der Schwerpunkt höher und damit weniger Energie in kinetischer Form ist.
@leftaroundabout Ah, ich verstehe.Dies wäre unter der Annahme symmetrischer Hügel richtig.Achterbahnen sind selten symmetrisch.Denken Sie an den ersten Tropfen - einen langen, langsamen Zug, dann einen Sturz.Das erste Auto bewegt sich kaum;die letzten Rennen über die Kurve.


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