Jugend forscht AG am Franken-Gymnasium Zülpich erforscht die Mechanik der Experimentierachterbahn
Die Jugend forscht AG am Franken-Gymnasium Zülpich hat sich mit Begeisterung den neuen Möglichkeiten der digitalen Messungen mithilfe der CobraSmart Sense Sensoren gewidmet. In ihrem aktuellen Projekt stand die Mechanik einer Experimentierachterbahn im Fokus, wobei die Schüler Florian Tempel und Eric Hellendahl spannende Einblicke in die Welt der dynamischen Kräfte gewonnen haben.
Dank der fortschrittlichen CobraSmart Sense Beschleunigungs- und Kräftesensoren von Phywe wurden während einer Achterbahnfahrt präzise Daten erfasst. Die Sensoren wurden geschickt am Wagen befestigt, wodurch eine kontinuierliche Aufzeichnung der Beschleunigungs- und Kraftdaten entlang der x-, y- und z-Achsen ermöglicht wurde. Die drahtlose Übertragung per Bluetooth auf ein Smartphone erleichterte die Auswertung der Messdaten erheblich.
Die gewonnenen Messdaten lieferten faszinierende Einblicke in die während der Achterbahnfahrt auftretenden mechanischen Prozesse. Die Schüler konnten fundierte Erkenntnisse zu verschiedenen Aspekten gewinnen, darunter die Abhängigkeit von Beschleunigung und Kräften von der Geschwindigkeit des Wagens. Die Veränderung der Masse des Wagens bestätigte das zweite Newtonsche Gesetz (F = m·a).
Besondere Augenmerke wurden auf die Kräfte gelegt, die am höchsten Punkt des Loopings wirkten. Hier erreichte die negative G-Kraft ihren Höchstwert, was das bekannte „Bauchkribbeln“ bei Achterbahnfahrten erklärt. Zusätzlich wurde verdeutlicht, dass am tiefsten Punkt des Loopings die gemessene Kraft durch die Zentripetalkraft und die Gewichtskraft des Wagens beeinflusst wird.
Zentrifugalkraft wurde in den Kurven und Schleifen analysiert, wobei eine erhöhte gemessene Kraft und Beschleunigung festgestellt wurden. Dies entspricht der Zentrifugalkraft, die nötig ist, um den Wagen sicher in der Kurve zu halten.
Das Zusammenspiel der neuen Achterbahn und den innovativen CobraSmart Sense Sensoren bereitete den Schülern nicht nur viel Freude, sondern ermöglichte auch tiefe Einblicke in die Physik der Fahrt. Die leichte Handhabung, hohe Genauigkeit und die Möglichkeit, die Daten einfach zu übertragen und graphisch darzustellen, machen die Sensoren zu einem wertvollen Werkzeug. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen nicht nur zur Verbesserung von Modellachterbahnen bei, sondern vertiefen auch das Verständnis für die komplexen Zusammenhänge zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und den auf die Passagiere wirkenden Kräften. Die Jugend forscht AG plant bereits den Einsatz der CobraSmart Sense Sensoren beim diesjährigen Ingenieurswettbewerb „Junior.Ing“, bei dem die Konstruktion einer Achterbahn im Mittelpunkt steht.
