ring°wissen ACHTERBAHN KLASSE 7-10 Lösungen

ing°wissen ACHTERBAHN
Lösungen
KLASSE 7-10
Nürburgring macht Schule

ing°wissen – Klasse 7–10
Der ring°racer (6) am Nürburgring ist die schnellste Achterbahn der Welt. Mit-
hilfe eines Druckluftkatapultes wird er auf die enorme Geschwindigkeit von
217 km/h in nur 2,5 Sekunden beschleunigt. Durch die Streckencharakteristik des
ring°racers könnt Ihr Beschleunigung, Verzögerung und seitliche Beschleunigungskräfte
wie bei einem Formel-1-Rennen am eigenen Leib erleben.
ARBEITSAUFTRAG
Erlebe bei einer Fahrt mit dem ring°racer die wirkenden Kräfte und untersuche
anhand der Informationstafeln, wo diese am stärksten sind. Informiere Dich
darüber, mit welchem System die enorme Beschleunigung erreicht werden kann,
und verschaff e Dir einen Überblick über das verwendete Bremssystem.
Mache Dir selbstständig Notizen, und präge Dir die physikalischen Grundprinzipien
des Antriebs- und Bremssystems gut ein!
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ARBEITSBLATT ACHTERBAHN

ing°wissen – Klasse 7
Die Beschleunigung von 0 auf 217 km/h in 2,5 Sekunden bedeutet doppelte Formel-1-
Beschleunigung. Der ring°racer wird am Start mithilfe eines speziellen Antriebssystems
förmlich abgeschossen. Entscheidend hierfür ist die schlagartige Freisetzung
komprimierter Luft.
Ergänze in der folgenden Skizze die Bewegungsrichtung des Kolbens und des
Mitnehmers! Erläutere kurz das Prinzip des Druckluftkatapultes!
Umlenkrolle
Caddy/Mitnehmer
niedriger Druck
Druckluftzylinder
umlaufendes Seil
beweglicher
Kolben
hoher Druck
komprimierte Luft
Umlenkrolle
Beschreibung:
Zur Beschleunigung des Wagens wird stark zusammengepresste Luft schlagartig in einen länglichen
Druckluftzylinder eingeleitet. Dieser Zylinder ist durch einen beweglichen Kolben in zwei
Kammern unterteilt. Durch das explosionsartige Einströmen der komprimierten Luft werden der
Kolben und das daran befestigte Seil längs des Zylinders bewegt. Der unterschiedliche Druck der
beiden Kammern führt zu einem schlagartigen Druckausgleich innerhalb des Zylinders und
drückt dabei mit Brachialgewalt den Zug voran.
Beschreibe die physikalische Größe Druck (p)!
Ein Druck von 1 Pascal (Pa) herrscht, wenn ein Massestück von 100 g mit seiner Gewichtskraft
(1 N) auf eine Fläche von 1 m² einwirkt.
Welche Zusammenhänge ergeben sich aus der Gleichung?
F
p = Druck =
A
Kraft
Fläche
Beispiel: Je größer die Kraft, desto größer ist der
Druck (bei gleich bleibender Fläche).
Je größer ............................., die Kraft desto größer .....................................
ist der Druck (bei gleich bleibender Fläche).
Je kleiner ................................, die Fläche desto größer .....................................
ist der Druck (bei gleicher Kraft).
Das bedeutet, je größer ................... die Fläche und der .................. Druck , desto größer ist auch ................. die Kraft.
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ARBEITSBLATT ACHTERBAHN – DRUCKLUFTKATAPULT

ing°wissen – Klasse 7
Formel-1-Fahrer sind während eines Rennens enormen Kräften ausgesetzt. Beim
Beschleunigen, Bremsen und in den Kurven wirken auf den Körper des Rennfahrers
Beschleunigungskräfte (g-Kräfte). Durch die Streckencharakteristik des ring°racers
können die Besucher die Beschleunigungskräfte am eigenen Leib erfahren.
Erläutere den Begriff g-Kräfte!
Beschleunigungskräfte – auch als g-Kräfte bezeichnet
– beschreiben die Belastung eines Körpers durch
Beschleunigung. Hierbei entspricht 1g der normalen
Erdbeschleunigung, also der eigenen Körpergewichtskraft.
Nenne die Richtungen, in die Beschleunigungskräfte
wirken können.
horizontal, vertikal, lateral
Wo wirken vertikale Beschleunigungskräfte und welchen Zustand beschreibt
eine vertikale Beschleunigungskraft von 0g?
Vertikale Beschleunigungskräfte wirken bei Bergauf- bzw. Bergabfahrten. Sind diese positiv, wird
der Körper nach unten in den Sitz hineingedrückt, bei negativen Kräften hingegen aus dem Sitz
herausbeschleunigt. Beträgt sie genau 0g, so wird die Erdanziehung aufgehoben und man wird
kurzzeitig in Schwerelosigkeit versetzt. Diese Phase wird auch als Airtime bezeichnet.
Zeichne im folgenden Streckenverlauf verschiedenfarbig ein, wo horizontale, vertikale
und laterale Beschleunigungskräfte hauptsächlich wirken und schätze die
entsprechenden g-Werte!
Senke
4,5g
Einfahrt
Boulevard
–1g
4,5g
Abschuss
Horizontale
Beschleunigung
(vor/zurück)
Vertikale
Beschleunigung
(hoch/runter)
Laterale
Beschleunigung
(links/rechts)
Zufahrt Startrampe
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1g
ARBEITSBLATT ACHTERBAHN – G-KRÄFTE

ing°wissen – Klasse 10
Der ring°racer am Nürburgring muss schnell, zuverlässig und trotzdem sanft abgebremst
werden, um die Fahrgäste nicht zu stark zu belasten. Daher werden Wirbelstrombremsen
zur Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit eingesetzt.
Nenne die zwei
Hauptbestandteile des
Bremssystems und
beschrifte diese
in der Skizze!
Permanentmagnete
Bremsscheiben/-schwerter
Bewegungsrichtung
Wodurch entsteht das den
Permanentmagneten entgegengesetzt
gerichtete Magnetfeld?
Dauermagnete
Erläutere in wenigen Sätzen die Funktionsweise des Systems!
Bremsschwert
Das Magnetfeld entsteht durch die Wirbelströme innerhalb der Bremsschwerter nach der
Lenz’schen Regel.
Bremsrichtung
Zum Bremsen werden Permanentmagnete eingesetzt, die unten am Wagen seitlich angebracht
sind. Auf der Bahn befi nden sich längliche Metallplatten (Bremsschwerter), die mit den Magneten
in geringem Abstand überfahren werden. Bewegen sich die Magnete nun dicht an diesen
entlang, erzeugen sie einen Stromfl uss in den Bremsschwertern – die sogenannten Wirbelströme.
Diese Ströme wiederum erzeugen ein weiteres Magnetfeld, das dem Permanentmagnetfeld
genau entgegengesetzt gerichtet ist (Lenz’sche Regel) und das dadurch den Wagen abbremst.
Warum kann man mit einer Wirbelstrombremse den Wagen nicht zum Stillstand
bringen? Mit welchem Bremssystem stoppt man den Wagen komplett?
Da bei Wirbelstrombremsen die Bremskraft mit sinkender Geschwindigkeit nachlässt, wird der
Wagen nicht ganz zum Stillstand gebracht, sondern fährt mit verminderter Geschwindigkeit weiter.
Der Wagen wird mithilfe einer Reibungsbremse komplett zum Stillstand gebracht.
Nenne ein weiteres Beispiel, bei dem Wirbelstrombremsen zum Einsatz
kommen!
Die ICEs der Bahn werden mithilfe von Wirbelstrombremsen abgebremst.
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ARBEITSBLATT ACHTERBAHN – WIRBELSTROMBREMSE