[Mechanica] G-krachten

henkie13

Hallo,

Ik ben momenteel bezig met een PWS over achtbanen en in een hoofdstukje wil ik kort wat informatie geven over de g-krachten in achtbanen als een soort inleiding. Nu heb ik wat informatie gevonden maar ik twijfel eraan of deze wel juist is. Zouden jullie me misschien kunnen vertellen wat jullie van dit stukje vinden? Bedankt!

Met g-kracht wordt in tegenstelling tot wat de naam suggereert niet een kracht, maar een versnelling aangeduid uitgedrukt in de gravitatieversnelling. De g staat hier dan ook voor het gebruikelijke symbool voor de zwaartekrachtversnelling. De verschillende versnellingen die je in een achtbaan ondervindt worden dus uitgedrukt in g-krachten Eigenlijk draait de hele rit om de sterkte van deze krachten. De sensatie van een achtbaan is het gevoel van gewichtloosheid of juist het gevoel alsof je naar de grond wordt gedrukt. Er zijn enkele verschillende g-krachten zoals de Gy, Gx en de Gz. Deze hebben allemaal te maken met de verschillende richtingen waarin de krachten op je werken. Hier zal ik verder niet dieper op ingaan.

De versnelling die je lichaam krijgt ten gevolge van de zwaartekracht is gelijk aan 9,81 m/s^2. Dit noemen we 1g en geld op het moment dat je lichaam in rust is. Dat wil zeggen dat je lichaam geen extra versnelling ondervindt. In een achtbaan ga je bijvoorbeeld verticaal met een versnelling van ongeveer 20 m/s^2 omhoog. Op dat moment ondervindt je lichaam een kracht van ongeveer 2g. We vinden de kracht in g dus door de resulterende versnelling te delen door de zwaartekracht. Omdat de zwaartekracht vrijwel constant is kunnen we hier de volgende formule voor gebruiken:

Kracht in g = (versnelling in m/s^2) / 9,81, ofwel (a/ g)g (mits a en g in dezelfde eenheden zijn uitgedrukt).

Bij het ontwerpen van een achtbaan is het de kunst om een juiste verhouding te vinden tussen de snelheid en g-krachten. Het menselijk lichaam kan namelijk niet aan een oneindige grootheid van krachten worden blootgesteld. Dit zou kunnen leiden tot letsel. Een normaal mens kan verticaal gerichte g-krachten tot 5g hebben en zijwaarts gerichte krachten tot ongeveer 1,5g. Bij het ontwerp van een looping in een achtbaan speelt vooral de grootte van de looping een rol. Gaat de achtbaan erg hard en is de looping maar klein dan komen er meer g-krachten op het menselijk lichaam te staan dan in een grotere looping.

Als een achtbaan karretje een looping in gaat zorgt de middelpuntzoekende kracht (Fmpz) voor de g-krachten. Deze kracht moet groot genoeg zijn om het karretje op de baan te houden maar ook niet te groot anders krijg je zon grote kracht te verduren dat het letsel kan opleveren. Dit was ook het struikelblok voor de eerste ontwerpen van achtbanen met loopings. In die tijd waren er nog geen computers die alles haarfijn konden uitrekenen.

Ook de plaats die je inneemt in het karretje heeft invloed op de krachten die op je werken. Telkens als het karretje over een heuvel gaat is het eerste deel van het karretje al aan het versnellen naar beneden terwijl het laatste deel nog bergop gaat. Hierdoor wordt je als je achterin zit omhoog getrokken en kom je even los van je zitvlak. Deze verschillen tussen voor en achterin het karretje zijn echter erg klein, maar toch belangrijk om te vermelden.

De g-krachten spelen ook een rol in de proefjes die ik heb gedaan voor het werkstuk. Bij de vrije val is de g-kracht de kracht waarmee het wagentje naar de aarde wordt getrokken. Bij het andere model zorgt de g-kracht ervoor dat het wagentje op de rails blijft en de looping haalt. Is de g-kracht ( in dit geval de middelpuntzoekende kracht) te klein dan zal het wagentje de looping niet halen en uit de baan vallen. Voor de veiligheid hebben daarom alle achtbanen ook nog zijwielen en wielen onder de baan zodat het wagentje in geen enkel geval uit de baan kan vallen.[/i]

jelix

De G-force is gedefïnieerd als de verhouding van de kracht van de stoel op de piloot en de zwaartekracht die op dat lichaam werkt. Dat betekent dat de G-force dimensieloos is.

Stephaan

Als ik op google "gravitatie" zoek krijg ik een aantal sites van het wetenschapspsforum waar allerlei staat over gravitatitie.

Ik ben niet zo onderlegd in de materie maar denk toch dat als je in een achtbaan met een versnelling van ongeveer 20m/sec² omhoog gaat dat je dan slechts 2g min1g ondervindt. Als je met de zelfde versnelling naar beneden gaat ondervind je wel 1g plus 2g, maar ik kan me vergissen hoor!

Jan van de Velde

Jelix heeft grotendeels gelijk, en Antoon gooit de richtingen van zijn versnellingen door elkaar......

a(kin)= bewegingsversnelling

a(Fz)= werkelijke zwaartekrachtversnelling (kleiner op grotere afstand van de aarde, 0 ergens midden in de ruimte, ca 1,6 m/s² op de maan)

g=standaard zwaartekrachtversnelling op het aardoppervlak.

Code: Selecteer alles

 -->      -->

a(Fz) - a(kin)

---------------

       g

tel je bewegingsversnelling en de werkelijke zwaartekrachtversnelling die je ondervindt vectorieel bij elkaar op en deel deze door de standaard-zwaartekrachtversnelling die je op het aardoppervlak ondervindt.

voorbeeldjes: (voor het gemak de standaardzwaartekrachtversnelling op 10 m/s² gesteld)

sta je stil op het aardoppervlak, dan is a(kin) gelijk aan 0, boven de streep bljift dan alleen a(Fz) over, en die is gelijk aan g, waardoor je 10/10 = 1g ondervindt

Ben je in vrije val (in het luchtledige, dus zonder afremming) , dan zijn a(Fz) en a(kin) aan elkaar gelijk en gelijk gericht, a(Fz) - a(kin)= 0, en 0/10=0 g

ga je met 20 m/s² in een raket loodrecht omhoog, dan is a(kin)= -20 m/s², waardoor het sommetje wordt (10 - (-20))/ 10 = 3 g

ga je met 20 m/s² in een raket loodrecht omlaag, dan is a(kin)= +20 m/s², waardoor het sommetje wordt (10 - 20)/ 10 = -10/10 = -1 g

versnel je op het aardoppervlak met 20 m/s² parallel aan het aardoppervlak:

pythagoras er op los

dan is je totale versnelling:

(20² + 10²)=22,36 m/s²

Je ondervindt dan 22,36 / 10 = 2,24 g, ofwel 2,24 x de normale zwaartekracht.

de Gx, Gy, en Gz uit Henkie13's verhaal zijn dus geen verschillende G-krachten, het is maar een kwestie van vectorieel optellen van versnellingen.

Zo bezien kan het volgens mij ook niet de middelpuntZOEKENDE (centriPETALE)kracht zijn waarmee we rekenen. Als ik in mijn stoel stilzit op aarde probeert de zwaartekracht mij met 1 g door mijn stoelzitting heen te trekken. Ondersteboven in een karretje op de top van een looping word ik door de middelpuntVLIEDENDE (centriFUGALE) kracht tegen mijn stoeltje gedrukt, en door de zwaartekracht er weer "uitgetild". Is de centrifugale versnelling 10 m/s², dan is het sommetje (10-10)/10 = 0, dan ben ik dus eventjes gewichtloos, en dat klopt met de ervaringen...

Tenslotte, omdat je versnelling deelt door versnelling, is de uitkomst inderdaad dimensieloos.

Ik heb nog één begripsprobleempje:

Wiki stelt dat een scuba-duiker die onder water "zweeft" een g-force van 1 g ondervindt, zonder daar verder op in te gaan. Googlen op g-force en scuba levert me zo gauw niks op. De scuba duiker heeft inderdaad geen bewegingsversnelling, dus dat klopt. Toch is de duiker als geheel gewichtloos.

Wouter_Masselink

Jan van de Velde schreef:Ik heb nog één begripsprobleempje:

Wiki stelt dat een scuba-duiker die onder water "zweeft" een g-force van 1 g ondervindt, zonder daar verder op in te gaan. Googlen op g-force en scuba levert me zo gauw niks op. De scuba duiker heeft inderdaad geen bewegingsversnelling, dus dat klopt. Toch is de duiker als geheel gewichtloos.

Als je denkt dat een scuba duiker 0 g ondergaat, dan heb je het mis. 0 g (oftewel, gewichtloos) ben je in de ruimte. Scuba duiken is zeker niet hetzelfde als in de ruimte vliegen.

Waar je op het land het effect van de zwaartekracht voelt en de normaalkracht (in dit geval de grond) die dit tegenwerkt, heb je in het water met hetzelfde te maken; de zwaartekracht duwt je naar beneden, maar de 'normaalkracht' in het water duwt je omhoog.

Jan van de Velde

Wouter Masselink schrijft:

Waar je op het land het effect van de zwaartekracht voelt en de normaalkracht (in dit geval de grond) die dit tegenwerkt, heb je in het water met hetzelfde te maken; de zwaartekracht duwt je naar beneden, maar de 'normaalkracht' in het water duwt je omhoog.

Daarmee ben ik er nog niet uit. We hebben onder water zoals Wouter het stelt twee krachten die even groot zijn en tegengesteld gericht. Als ik mij in een baan om de aarde bevind heb ik dat ook, ben ik ook "gewichtloos" en ondervind ik netjes 0 g.....

ergens ontsnapt Archimedes dus aan de g-krachten..

Wouter_Masselink

het gevoel van gewichteloosheid wordt veroorzaakt doordat je organen ook zweven en niet meer in je lichaam 'hangen'. In het water voel je nog steeds het 'hangen' van je organen, daardoor voelt het niet als 0 g.

Jan van de Velde

Ja, zo kan ik het ook.....

Maar je hebt gelijk denk ik.

Om het goed te maken hieronder mijn eerste Latexje, met dank aan Elmo:

\(\frac{\overrightarrow{a_{F_z}}- \overrightarrow{a_{k\in}}}{g}\)

ziet er knapper uit dan die formules in code

(waar is het emoticonnetje voor "zo trots als een aap met zeven staarten" ??)

henkie13

Bedankt voor de reacties,

De formule (a/g)g heb ik van wikipedia maar ik begrijp dat ik hem dus anders moet noteren, namelijk zoals jan van der velde gedaan heeft. Hierdoor verandert ook de uitkomst van mijn rekensommetje in 3g in plaats van 2g.

Opmerkelijk dat mijn docent de naam middelpuntzoekende kracht goed keurde, hier ben ik nog steeds niet zeker van wie nu gelijk heeft.

Hebben jullie verder nog adviezen?

Jan van de Velde

Opmerkelijk dat mijn docent de naam middelpuntzoekende kracht goed keurde

Qua grootte zal die middelpuntzoekende kracht gelijk zijn aan de centrifugale, want anders vlieg je de baan uit (of in). Verder is een centrifugale kracht eigenlijk ook weer geen kracht als zodanig, maar gewoon het gevolg van de traagheid van lichamen. En in het geval van een baan om de aarde geeft de zwaartekracht die middelpuntzoekende kracht, vandaar mogelijk de verwarring. En als die middelpuntzoekende kracht er niet is voor een satelliet of zo, dan ondervindt die satelliet ook geen centrifugale kracht, want dan zijn er geen krachten om aan te ontsnappen. In de achtbaan vlieg je dan ook gewoon rechtdoor. Onthoud verder, zonder je daarmee als str.....eigenwijs persoontje te gaan opstellen, dat docenten ook niet altijd gelijk hebben (en ik ben er zelf een, dus ik kan het weten...

) en vaak zoveel uiteenlopende vragen tegelijk moeten beantwoorden dat je gauw over zo'n detail heenkijkt.

jelix

Je hebt te maken met (schijnbare) gewichtloosheid als je met de versnelling van de zwaartekracht valt. Als je je onder water bevindt, ben je niet gewichtloos. Je ondervindt alleen wrijving. De valversnelling is te berekenen met de gravitatiewet van Newton en daaruit is te zien dat de versnelling alleen afhangt met de massa van de aarde en de afstand tot het middelpunt van de aarde. Als je je onder water bevindt op aarde, werkt er dus een kracht op je van de aarde. Je bent niet gewichtloos en er werkt dus wel een g-kracht op je.

De centrifugale kracht is een schijnkracht die optreedt in een roterend stelsel. Deze is naar buiten gericht. Deze schijnkracht is nodig om de beweging van een deeltje in een roterend stelsel te verklaren. Deze schijnkracht moet in rekening worden gebracht om toch de wetten van Newton te kunnen gebruiken. De centrifugale kracht is even groot als de centripetale kracht, maar deze is naar het middelpunt gericht. Deze centripetale kracht is nodig om een voorwerp een cirkelbeweging te laten beschrijven.

Jan van de Velde

Als je je onder water bevindt, ben je niet gewichtloos. Je ondervindt alleen wrijving.

Opwaartse kracht is géén wrijvingskracht. Dan zou je namelijk nooit een voorwerp met geringe dichtheid in water naar boven kunnen laten drijven, want wrijvingskrachten zijn altijd passief.....

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[Mechanica] G-krachten

[Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten

Re: [Mechanica] G-krachten