g-Kräfte auf Achterbahnen

Ohne g-Kräfte wäre unser tägliches Leben so auf keinen Fall möglich. Wir würden wild durch die Gegend schweben und vieles wäre so einfach nicht möglich. Natürlich hat dieser Gedanke einen gewissen Reiz und man würde sich auch daran irgendwann gewöhnen, doch ohne g-Kräfte gäbe es auch keine Achterbahnen. Und ganz ehrlich… wer will das schon? Gerade bei Achterbahnen sind g-Kräfte das Maß aller Dinge und genau darum soll es in den nächsten Zeilen gehen. Du wirst spannende Fakten zu dieser Kraft erfahren und vielleicht auch etwas lernen (das kann ja nie schaden).

Definition der g-Kraft

Starten wir ganz am Anfang bei der Definition. Also wie kann man die g-Kraft am Besten kurz und knapp zusammenfassen? Im Grunde ist es die Kraft die dich bei einer starken Beschleunigung in einen Sitz drückt, aber auch herausheben kann. Also ist es die auf dich wirkende Belastung, welche durch Richtungswechsel der Geschwindigkeit hervorgerufen wird, zum Beispiel in einer engen Kurve oder einem Überkopfelement.  Also je enger die Kurve und höher die Geschwindigkeit ist, desto höher ist die g-Kraft die auf uns wirkt. Ganz einfach, oder?

Eine weitere Variante die g-Kraft zu beschreiben ist die Änderung der Größe der Geschwindigkeit. Hier ist das Beste Beispiel vielleicht der erste Abschuss von “Taron” im Phantasialand. Der Zug rollt in das Abschusssegment und bleibt kurz stehen. Plötzlich wird der Zug beschleunigt und nimmt stetig an Geschwindigkeit auf. Also der Richtungswechsel der Geschwindigkeit wird kontinuierlich größer bis das Abschusssegment verlassen wird.

Diese beide Fälle kann man in die einfache Formel “Kraft pro Masse” zuordnen. 

Warum sind g-Kräfte in Achterbahnen so wichtig?

Diese Frage stellen sich wahrscheinlich einige, warum die g-Kräfte gerade für Achterbahnen so immens wichtig sind. Letztendlich kann der menschliche Körper Geschwindigkeit überhaupt nicht wahrnehmen, vielmehr sind es eben die g-Kräfte die uns das Gefühl der Schnelligkeit vermitteln. Hier kommt die eingangs erwähnte Definition der Größe der Geschwindigkeit ins Spiel. Das Geschwindigkeitsgefühl bekommen wir erst, wenn wir einen Fixpunkt haben. Zum Beispiel, Szenerie neben der Schiene, oder eben die Schiene selbst. Deshalb werden bei manchen Achterbahnen auch gerne mal Tunnel in den Streckenverlauf eingestreut, um einen “Geschwindigkeitsboost” zu erzielen.

Aber kommen wir zum Fall der Airtime. Die Airtime beschreibt das Gefühl der Schwerelosigkeit auf der Achterbahn, also der Moment bei dem wir aus dem Sitz gehoben werden. Wie sollte es auch anders sein, hat dies auch mit g-Kräften auf der Achterbahn zu tun. Denn hierbei ist unser Körper negativen g-Kräften ausgesetzt. Also sind wir leichter als die Erdanziehungskraft und schweben kurzzeitig. Viele lieben dieses Gefühl und fahren deshalb gerne Achterbahnen. Andere hingegen vertragen dieses Gefühl überhaupt nicht.

Die Airtime kommt immer an einem gewissen Pinkt, wenn der Zug über eine Kuppel fährt. Am Scheitelpunkt dieses Abschnitts, wird der Zug wieder in die Tiefe gerissen, aber unser Körper kommt damit nicht so schnell klar. Die Massenträgheit möchte vielmehr die Strecke vor dem Scheitelpunkt weiterfahren, wodurch wir durch den Sog nach unten dieses Gefühl bekommen. 

Aufgrund dieser Effekte ist es geradezu eine Kunst, eine spaßige Achterbahn zu designen. Die Neigungswinkel der Kurven sind wichtig, oder aber auch die Winkel der Scheitelpunkte, welche wir gerade beschrieben haben. Diese Wichtigkeit betrifft tatsächlich jeden Richtungswechsel auf der Achterbahn. Daher ist es auch so komplex eine entsprechende Anlage zu planen. Stell dir jetzt noch eine Achterbahn wie “Leviathan” in Canada’s Wonderland vor mit einer Höhe von fast 94 Metern, da kannst du dir den Balanceakt zwischen Geschwindigkeit und einem kurvenreichen Layout vorstellen.

Ein weiteres Problem ist, dass die g-Kräfte von Fahrt zu Fahrt leicht variieren. Das hat unterschiedliche Gründe. Zum Beispiel wie gut der Zug auf der Strecke eingefahren ist, wie warm bzw. kalt es draußen ist oder wie viele Personen sich im Achterbahnzug befinden. All dies beeinflusst deine Achterbahnfahrt, da diese Parameter die Physik beeinflussen.

Hoffentlich konnte wir dir ein Gefühl dafür geben, wie wichtig g-Kräfte für Achterbahnen jeglicher Art sind. Jetzt kannst du dir auch erklären, warum “Powered Coaster” in der Regel immer “leichter” zu fahren sind, wie zum Beispiel Hypercoaster.

g-Kräfte können auch gefährlich werden

Jede Medaille hat zwei Seiten. Während g-Kräfte zum einen Spaß oder positiven Schrecken vermitteln, können sie auch tödlich sein. Natürlich befinden wir uns auch bei extremen Achterbahnen relativ weit von diesem Punkt, dass man Tod wieder in der Station einfährt, doch der Körper könnte in gewisser weise leicht beeinträchtigt werden. Bevor wir tiefer in diese Thematik einsteigen, müssen wir noch zwei Dinge klären. Welche Arten von g-Kräfte gibt es eigentlich?

Vertikale g-Kräfte

Es gibt zwei Arten von g-Kräften, einmal die vertikalen und die lateralen. Fangen wir mit dem vertikalen g-Kräften an und warum gerade diese wichtig für eine Achterbahn oder jegliche andere Fahrattraktion sind. Vorhin hatten wir bereits von der “Airtime” gesprochen, also dem Gefühl der Schwerelosigkeit und genau in diesem Moment wirken negative vertikale g-Kräfte. Der Gegenpart sind dann natürlich die positiven g-Kräfte, also jene, welche dich in den Sitz drücken. Diese Art von g-Kraft spürst du wenn du über Kuppeln fährst (negative g-Kraft) oder wenn du durch Täler fährst (positive g-Kraft). 

Laterale g-Kräfte

Die lateralen g-Kräfte sind seitliche Kräfte die auf dich wirken. Kannst du dir schon vorstellen, wo sie auf dich wirken? Genau! In den Kurven! Ein kleines Beispiel aus dem Alltag. Fährst du mit einem Auto eine Rechtskurve, wirst du nach links gezogen. Warum ist das so? Weil dein Körper eigentlich nicht damit gerechnet hat, dass der Richtungswechsel kommt. Der entscheidende Punkt hier ist die Massenträgheit. Je schneller du durch die Kurve fährst desto unangenehmer ist der Druck in die andere Richtung.

Bei älteren Achterbahnen oder bei Wilden Mäusen ist dieser Effekt noch sehr oft zu finden. Gerade bei einer Wilden Maus wird mit dieser physikalischen Gegebenheit sehr gerne gespielt. So gut wie jede Achterbahn diesen Typs hat einen Zig/Zag Part, bei dem man immer denkt von der Schiene geworfen zu werden. Hier wirken die lateralen Kräfte sehr stark auf dich.

Aus diesem Grund werden bei moderneren Anlagen die Schienen in der Kurve immer geneigt. Dadurch wirken die lateralen Kräfte weniger auf dich und stattdessen die vertikalen Kräfte. Stell dir vor du müsstest “Taron” im Phantasialand oder die “BlueFire” im Europa-Park Resort ohne geneigte Schienen fahren. Bei der hohen Geschwindigkeit der Züge, wäre das kein sonderlich großer Spaß.

Aber zurück zum eigentlich Thema, ob g-Kräfte für den Körper auch gefährlich werden können. Die Antwort ist ein ganz klares Ja! Denn g-Kräfte beeinflussen ziemlich stark unseren Blutkreislauf. Bei einer hohen vertikalen g-Kraft schießt das Blut in unsere Beine. Wenn dieser Zustand für einige Sekunden gehalten wird, reagiert dein Körper folgendermaßen darauf.

Bei circa 2 bis 4 g treten bereits Sehstörungen auf und zwischen 5 bis 6 g können wir Bewusstlos werden. Dies ist das Resultat einer schlechteren Hirndurchblutung, weil das Blut ja in unsere Beine gepresst wird. Das hört sich jetzt heftig an, aber wie bereits erwähnt, gilt dies für mehrere Sekunden am Stück. Dies ist bei Achterbahnen nicht ganz so oft der Fall. Aber wie du siehst, sind g-Kräfte mit Vorsicht zu genießen und Achterbahn Designer müssen dies immer im Hinterkopf behalten.

Viel schlechter vertragen wir übrigens negative vertikale g-Kräfte. Hier schießt das Blut regelrecht in unseren Kopf und dies ist deutlich unangenehmer für uns. Bei – 3 g kann sich ein sogenannter “Redout” Effekt bei uns einstellen. Hierbei wird unser Sehvermögen stark eingeschränkt. Der Grund ist, dass das Blut in den Kopf und in die Netzhaut bzw. Blutgefäße des Auges gedrückt, deshalb wird der Effekt “Redout” genannt, da sich unser Sehfeld rot färbt. Bei – 5 g werden wir erneut von Bewusstlosigkeit heimgesucht.

Es bleibt zu erwähnen, dass bei mehreren Sekunden bei dieser hohen negativen g-Kraft die Gefahr von Hirnblutungen stark steigt. Lass uns mal die g-Kräfte einiger Achterbahnen in Deutschland genauer ansehen, damit du ein Gefühl dafür bekommst, welche Kräfte auf dich in der Regel wirken:

Tod durch die Kräfte einer Achterbahn? Der “Euthanasia Coaster”!

Ok, Ok, Ok! Diese Überschrift klingt hart und ist das komplette Gegenteil von dem wir bereits geschrieben haben. Während heute die Ingenieure darauf achten, dass genau das nicht passiert, gab es eine Person die es genau darauf angelegt hat. Es handelt sich dabei um den litauischen Doktoranden Julijonas Urbonas. Dieser hat nämlich den “Euthanasia Coaster” entwickelt, eine Achterbahn bei dem garantiert jeder Gast sterben wird.

Urbonas hatte aber gar nichts schlechtes mit diesem Modell vor. Vielmehr sah er es als humane Sterbehilfe, um Menschen einen außergewöhnlichen Tod zu schenken. Kein Scherz! Er wollte allen die sich freiwillig für den Tod entschieden haben, noch eine lustige Erfahrung bieten. Er selbst bezeichnete eine Fahrt auf dem “Euthanasia Coaster”, als alternativen, ritualisierten Tod. Aber wie genau sah diese Achterbahn aus?

Die technischen Daten der Achterbahn waren durchaus beeindruckend. 510 Meter hoch, 7544 Meter lang und maximal 360 km/h schnell. Während der Fahrt wirken bis zu 10 g auf die Fahrgäste und das ist genau der Grund warum niemand lebend aus dieser Bahn kommen konnte. Die reine Fahrzeit betrug 3:20 Minuten und besaß sieben Überkopfelement.

Starten wir mit dem Lifthill. Um auf die besagten 510 Meter zu kommen, benötigt der Zug bereits rund zwei Minuten. Sarkastisch gesagt, bekommt man vor dem Tod noch einen wunderbaren Ausblick. Anschließend geht es fast senkrecht in die Tiefe, dieses Segment ist 500 Meter lang und beschleunigt den Zug von 0 auf 360 km/h in zehn Sekunden. Anschließend werden sieben Loopings durchfahren, wovon jeder im Durchmesser immer kleiner wird. Das war es auch schon! Anschließend geht es zurück in die Station.

Todesursache Looping

Der Tod stellt sich bei der Fahrt durch die Loopings ein. Hier wirken eben die sehr hohen g-Kräfte und durch die immer kleiner werdenden Loopings, wird die g-Kraft circa 60 Sekunden gehalten. Dadurch kommt es zu einer Unterversorgung des Gehirns mit Sauerstoff. Irgendwann stellt sich der sogenannte “g-LOC” ein, bei dem die Fahrer, laut Urbonas, regelrechte Extase erfahren. Allerdings bezweifeln Mediziner den Extase Rausch, viel mehr sollen die Fahrer nur Ohnmächtig werden und entsprechend sterben. Aber genug von dieser wilden Art und Weise g-Kräfte einzusetzen.

g-Kräfte – Ohne geht es einfach nicht

Wie du nach diesem langen Text mitbekommen hast, sind g-Kräfte für all den Spaß verantwortlich, welchen wir auf Attraktionen empfinden. Vielleicht kannst du mit diesem Wissen bei der nächsten Party mit Wissen prahlen oder aber bei deinem nächsten Physik Aufsatz brillieren.