Tivolitur

Rutschebanen

Rutschebanen var endnu omkring år 1900 ret ukendt, men i løbet af århundredet blev den en af de mest populære attraktioner i tivoli i Europa og USA. Vi går lidt tættere på rutschebaner.


Billedet her er fra Poul la Cours Historisk Fysik.

Energibetragtninger
Ved hjælp af elektrisk energi bringes vognene op i banens højeste punkt (max. potentiel energi (beliggenhedsenergi) ), og her slippes de løs ned ad banen. I banens laveste punkt er farten på sit højeste, og vognene har max. kinetisk energi (bevægelsesenergi).
På grund af gnidningsmodstand mod skinner og luften mister vognene hele tiden en del energi.
Hvis vi går ud fra, at start- og sluthastighed er nul uden nedbremsning, kan resultatet af en tur se sådan ud:

Er banen lang, kan det være nødvendigt at "lade op med energi" ved undervejs igen at trække vognene op til et nyt højdepunkt for få at energi nok til mere spænding på turen.

Loops
Selv om rutschebane-loops er vældigt udbredte i mange lande, kan jeg ikke huske at have truffet dem i Danmark, alligevel vil vi kikke nærmere på dem

På det gamle billede øverst er loopen cirkulær, men det bruges af gode grunde ikke længere.

Lad os forestille os, at vi skal en tur rundt i de to loops, a og b, på tegningen, og at vi kører indvendigt i dem.
Når jeg kører rundt i loopen, er jeg udsat for en acceleration ind mod buens centrum, og jeg bliver dermed udsat for en "kunstig tyngdekraft" (centrifugalkraft (fy!)) rettet ud mod skinnerne. Størrelsen af den kan beregnes efter følgende formel:

F: centrifugalkraften, V: hastigheden, m: massen af vogn med passagerer, R: radius i cirkelbuen.

Den lave hastighed, når vognen er i loopens top, gør, at centrifugalkraften her bliver beskeden (kraften formindskes med kvadratet på hastigheden).
Den røde loop (a) på tegningen ovenfor er cirkulær, og dens store radius gør, at der skal stor fart på for at centrifugalkraften (den forbudte) presser vogn og personer tilstrækkeligt op mod skinnerne, når jeg er i loopens top - jeg risikerer at falde af!
Den sorte loop b er derimod smal for oven og har derfor en lille radius, så centrifugalkraften bliver langt større ved samme hastighed - jeg bliver i vognen!