Hochgeschwindigkeitskameras im Physikunterricht

3.3 Der Looping
Abbildung 3.7.: Beschleunigung und Geschwindigkeit bei der Durchfahrt durch den
Carrera-Looping.
Abbildung 3.8.: Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdiagramm der Carrera-Bahn.
Im Beschleunigungsdiagramm (linkes Bild, Abbildung 3.8) erkennt man dies durch die
Abnahme des Beschleunigungsbetrags a = |�a| (nach dem sprunghaften Anstieg bei der
Einfahrt in den Looping) bis etwa zum Scheitelpunkt. Nach dem der Wagen den höchsten
Punkt passiert hat, nimmt die Beschleunigung wieder zu und „bricht“ beim Verlassen des
Loopings wieder ein, da dann der Wagen nicht mehr auf eine Kreisbahn gezwungen wird.
3.3.4.2. Der Carrera-Looping – energetisch betrachtet
Es ist spannend zu betrachten, wie sich die Energien (insbesondere die kinetische Energie)
verhalten, da bei der Carrera-Bahn von außen elektrische Energie zugeführt wird.
Die Fahrzeuge haben auf ebener Strecke eine maximale Geschwindigkeit, bei der sich Antriebskraft
und Reibungskraft kompensieren, und damit auch eine maximale kinetische
Energie (vgl. [KW11]). In der Abbildung 3.9 ist deutlich zu erkennen, dass die kinetische
Energie beim Durchfahren des Loopings etwas abnimmt. Beträgt die kinetische Energie
in Frame 26 noch Ekin 26 =0,095 J, so beträgt sie im Scheitelpunkt (Frame 95) nur
Ekin 95 =0,059 J. Sie hat also um 38% abgenommen. Die Summe aus beiden Energien
verläuft aber auf den ersten Blick trotzdem nahezu parallel zur potentiellen Energie, was
daran liegt, dass sich die potentielle Energie wesentlich stärker ändert als die kinetische
Energie. Da die kinetische Energie bis zum Scheitelpunkt deutlich geringer abfällt als die
potentielle Energie zunimmt, wird dem System offensichtlich in diesem Bahnabschnitt viel
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