Als we het over natuurkunde en achtbanen hebben komen we eigenlijk bij 3 namen terecht:

• Galileo
• Newton
• Einstein

Galileo beschreef in 1638 in zijn werk "Dialogues Concerning Two New Sciences" hoe objecten zich gedragen in vrije val en als ze vallen.

Newton beschreef in zijn Principia, uit 1687, een verhelderend beeld over krachten. Hij definieerde ook een aantal rekenmethodes en eenheden om krachten in uit te drukken. Dit was nodig om vallende lichamen te kunnen begrijpen.

Einstein is de derde man die wezenlijk werk heeft gedaan in dit gebied. In zijn "Principle of Equivalence", onderdeel van zijn relativiteit-theorie. Een achtbaan kan gezien worden als een versnellend kader, welke volgens de theorie, behandeld kan worden als ware het een zwaartekracht veld. Dat is ook de reden waarom we de krachten op achtbanen uitdrukken in G-krachten. Waarbij 1 G overeenkomt met de kracht die de bereider ondervind als deze stilzit in het aardse krachtveld.

Al snel werden de sleetjes uitgebreid met wielen. En werden de ijsschansen vervangen door schansen die van hout gemaakt waren. Al snel kon het "sleetje rijden" overal in Europa worden aangetroffen. Er waren zelf schansen waar een complete looping in was opgenomen.

Een achtbaan is een heel eenvoudige machine. Een lift heuvel takelt een treintje omhoog. Boven begint deze aan een hobbelige weg, terug naar het station, waarbij de trein het geheel op eigen kracht moet doen.

De energie die wordt opgewekt door de trein naar boven te slepen noemen we "Potentiële energie". Deze energie vorm hangt samen met, in de geval, de hoogte van de trein. Hoe hoger, hoe meer energie. Potentiële energie kan in theorie niet onder de nul komen.

Een lift heuvel van 60 meter heeft dus veel meer energie dan een heuvel van 20 meter.

Als je een boek op je teen laat vallen, kun je merken dat potentiële energie best pijn kan doen.

Een andere vorm van energie is de Kinetische energie. Dit is de snelheid van een voorwerp, omdat het in beweging is.

Hoe sneller een object gaat, hoe meer energie het heeft. Kinetische energie kan niet onder de 0 komen. Een object dat onder nul komt gaat dan gewoon de andere kant op, met een positieve Kinetische energie.

Als iemand een boek naar je hoofd gooit, merk je dat Kinetische energie ook pijn kan doen.

Er is een leuke wisselwerking tussen potentiële en kinetische energie. Laten we eens aannemen dat we een dal hebben tussen 2 bergen. We hebben een grote kei de berg op gesleept, we hebben nu:

-> Potentiële energie, omdat de bal boven op de berg ligt.

Nu laten we de bal van de berg afrollen. Onderin het dal heeft de bal nu:

-> Kinetische energie, omdat de bal met een rotvaart aan het rollen is.

Aan de andere kant de berg op, en daar hebben we weer:

-> Potentiële energie, omdat de bal weer hoog ligt.

De bal rolt weer terug het dal in, en onderin hebben we weer:

-> Kinetische energie, omdat de bal weer met een rotvaart langs komt.

Ok, ik neem aan dat dit nu wel duidelijk is.

Als je nog eens over het voorbeeld in de vorige paragraaf nadenkt, zul je opmerken dat de bal die hoog begon, aan de andere kant iets minder hoog komt. En weer terug aan de 1e kant weer iets minder hoog.

Het lijkt wel alsof er iets is, dat de bal tegenwerkt! Wel, dat is ook zo.

Als je thuis in bad met je eendje zit te spelen zal het je opgevallen zijn dat het best wat moeite kost om het eendje door het water te bewegen. Je moet immers al het water opzij duwen zodat het eendje erdoor kan!

Hetzelfde gaat op voor de bal uit het 1e voorbeeld. De bal rolt gewoon, maar moet ondertussen de lucht die ervoor zit, opzij duwen. Dit verschijnsel heet wrijvingsenergie.

Dit zorgt er dus voor dat een bal die wordt weggeschoten steeds langzamer gaat.

Ook op je fiets heb je ermee te maken. En dan nog wel op een aantal verschillende manieren. Wrijving met de lucht. Wrijving met je trappers met de assen. Wrijving in de assen van de wielen etc.

Maar waar blijft dan die potentiële en kinetische energie? Lees verder!

In de natuurkunde is een beroemde wet: De wet tot behoud van energie Deze zegt dat als een voorwerp op een moment een bepaalde energie heeft (potentiële of kinetische energie bijvoorbeeld) de energie op een ander moment hetzelfde is. Zelfs als de energie van het voorwerp nul is, de energie is dan in exact dezelfde hoeveelheid overgegaan in iets anders.

Redelijk moeilijk maar wel goed uit te leggen.

We staan bovenop een heuvel. We hebben dan een zak vol met energie (potentiële energie). We gaan rijden en onderaan hebben we nog steeds evenveel energie:

• Kinetische energie
  We gaan immers met een rotgang.
• Wrijving energie
  Van de luchtweerstand. En al die ronddraaiende dingetjes in je fiets nemen ook allemaal een beetje energie af. Deze zetten dit om in warmte.

Potentiële energie = Kinetische Energie + Wrijving Energie

We gaan verder. We gaan de berg weer op. We gaan weer energie omzetten in Potentiële Energie. Hiervoor kunnen we enkel de Kinetische energie gebruikten. En nu komt dus de aap uit de mouw:

Kinetische Energie = Potentiële Energie + Wrijving Energie

Als je de formules goed bekijkt zie je dat bij iedere omzetting van Potentieel naar Kinetische en andersom ook Wrijvingsenergie vrijkomt, waar we verder niets meer mee kunnen doen!

Jammer toch?

Meer hierover in het stuk over zwaartekracht