Alles wat omhoog gaat,
komt ook weer naar beneden!

Bovenstaande waarheid is natuurlijk zo waar als je het maar kunt verzinnen.

Als je een appel omhoog gooit valt die terug boven op je neus, tenminste als je goed kunt mikken. Het verhaal gaat dat een andere appel de grote wis- en natuurkundige Isaac Newton deed nadenken over zwaartekracht. Op basis hiervan scheef hij het beroemde Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

Gelukkig hoeven we niet allemaal zo slim te zijn als Newton. Zwaartekracht is immers overal om ons heen! Denk er eens aan als je met je fiets boven op een heuveltje staat. Je bent zo beneden. Vaak zelf zonder te hoeven trappen! Dit heeft alles te maken met zwaartekracht.

Om zwaartekracht te begrijpen moeten we weten wat het precies is. Newton veronderstelde dat er een kracht is tussen dingen, onderling. zoals in het plaatje wil bal A, bal B naar zich toetrekken. Op zijn beurt wil bal B, bal A naar zich toe wil trekken. De krachten tussen 2 voorwerpen op elkaar noemt men aantrekkingskracht.

Volgens Newton is elk deeltje van het voorwerp betrokken bij dit aantrekken. Dus iedere boom, ieder huis, iedere zandkorrel, iedere stofje, zelfs iedere atoom trekt andere dingen aan.

Omdat sommige dingen groter zijn dan andere dingen, hebben grotere dingen ook een sterkere aantrekkingskracht dan kleinere dingen. Je kunt niet met een knikker een huis naar je toetrekken. De aarde trekt wel de knikker naar zich toe. En dan is het verhaal rond. De aarde trekt alle dingen in de omgeving naar zich toe. Deze aantrekkingskracht van de aarde hebben we zwaartekracht genoemd.

Oke, je zit dus in een achtbaan treintje, boven op de heuvel. Er is dus zwaartekracht die je naar beneden trekt. Maar je wilt niet alleen naar beneden. Je wilt ook vooruit. Toch?

Stel je voor dat jij de bal op de tekening bent. Je zit lekker op de heuvel boven op de heuvel. En de aarde is volop bezig met aantrekkingskracht (=zwaartekracht) op je los te laten.

Het heeft inmiddels allemaal wel lang genoeg geduurd. Dus je besluit om maar eens naar beneden te gaan. Eerst langzaam, dan ietsje sneller, dan weer ietsje sneller, sneller, sneller, sneller.... tot je tenslotte in een rot vaart naar beneden aan het gaan bent.

Onderaan de heuvel aangekomen heb je dus een reuze snelheid. Je bent echter wel onder op de grond. Dus je hebt geen hoogte meer. Dus omdat je onderaan bent gekomen is er ook geen aantrekkingskracht meer van de aarde. Oftewel:

Boven: Hoogte=veel, maar snelheid=weinig

Onder: Hoogte=weinig, maar snelheid=veel

Om iets op te tillen heb je inspanning nodig. Als je een aanhanger met stenen moet lossen kost dat flink wat inspanning. Je gaat ervan zweten. De inspanning noemen we energie.

Als we iets laten vallen komt er energie vrij. Omdat we energie niet zomaar op een rekening bij de bank kunnen zetten. Gaat deze energie zitten in het voorwerp dat we laten vallen. Het voorwerp zet deze energie om in snelheid.

Als we iets van een laag punt laten vallen, komt er weinig hoogte-energie vrij, wordt er ook maar weinig snelheid-energie omgezet en gaat het voorwerp dus onderaan maar een beetje hard.

Als we nu iets van een hoog punt laten vallen, komt er een hoop hoogte-energie vrij, er wordt dus ook veel snelheid-energie omgezet en het voorwerp gaat onderaan dus gruwelijk hard.

Om dit te bewijzen 3 simpele proefjes die je mag uitvoeren als je daar zin in hebt. (Ik zou het zelf niet doen in verband met mogelijke gebroken botten en zo, maar je moet het zelf weten). Hou je hoofd een paar centimeter boven een tafel. Beweeg deze nu langzaam naar beneden. Dit doet eigenlijk geen pijn (weinig pijn bij weinig snelheid dus).

Als je van een tafel afspringt doet het al meer pijn (hogere snelheid).

En als je nu van een kerktoren af zou springen, doet het heel erg gruwelijk veel pijn (hele hoge snelheid) en dat kun je dus maar beter niet doen.

Ik had al laten zien dat:
Hoogte energie=Snelheid energie
De energie die een voorwerp heeft als het hoog is, is gelijk aan de energie die een voorwerp heeft als dat hard gaat.

Natuurlijk kunnen we dit ook andersom zeggen:
Snelheid energie=Hoogte energie
Als iets dus snel gaat, kan die snelheid worden omgezet in hoogte. Als je een bal hard (=snelheidsenergie) omhoog gooit heeft die op een gegeven moment hoogte (=hoogte energie) gaat weer vallen en heeft bij de grond weer een hoeveelheid snelheidsenergie.

Of zoals hier in het plaatje. De bal heeft op punt A: hoogte -> Hoogte energie. De bal rolt naar beneden en heeft op punt B: snelheidsenergie. Gaat vervolgens weer omhoog, steeds langzamer, tot op punt C de bal weer hoogte energie heeft. De balt rolt weer omlaag naar punt B, en heeft dan weer snelheid energie. etc. etc.

Hoogte energie in punt A = Snelheid energie in punt B = Hoogte energie in punt C

Helaas zijn er nog een paar andere punten waar we rekening mee moeten houden. Als je aan het fietsen bent tegen de wind in, merk je dat je steeds langzamer gaat.

• De wind waait. Waardoor je langzamer gaat.
  
• Maar ook als er geen wind staat, ga je steeds langzamer. De lucht zelf remt je ook al af.
  
• In je trappers, kettingkast, wielas bewegen kleine stukjes metaal over elkaar. Deze remmen elkaar hierdoor ook nog eens extra af. (Dit noemen we wrijvingskracht).
  

Dus de formule die ik boven gaf klopt eigenlijk niet helemaal. Hij moet eigenlijk worden uitgebreid: Hoogte energie=Snelheid energie+Tegenwind energie+Luchtweerstand energie+Wrijving energie+...

Om het verhaal compleet te maken, klopt de formule die ik bovenin gaf natuurlijk wel. Maar alleen op plaatsen waar er geen lucht is, geen bewegende dingen, geen andere dingen (aarde) die dingen naar zich toetrekken en daardoor energie opslurpen. En het mooie is dat die plaats er ook is. Een kleine 15 kilometers van je vandaan: in de ruimte.

Ok, we hebben nu genoeg gepraat over zwaartekracht, aantrekkingskracht, energie, wrijving etc., laten we het maar weer eens over achtbanen hebben.

Je zit in een achtbaan boven in de top, punt A.
Je gaat naar beneden en onderin het dal zit je op punt B.
Op de volgende heuvel zit je op punt C.
En in het volgende dalletje op punt D.
En boven op de heuvel daarin in punt E.

Je bent in het station begonnen, via de lift heuvel ben je omhoog getakeld. Tijdens die lift is er iedere keer een beetje hoogte energie bijgekomen. En boven de heuvel is je zak met hoogte energie al aardig vol.

Op punt A heb je dus een zak met hoogte energie. Op weg naar B! Op punt B heb je die zak ingeruild voor een hoogte zak voor een zak met snelheid-energie. Onderweg ben je wel wat energie verloren (aan wrijvingskracht, luchtweerstand etc.). Maar je gaat nog hard zat.

En dan omhoog naar punt C. Ook nu ruil je je zak met snelheid-energie weer in voor een zak met hoogte-energie. En ook nu verlies je weer wat energie aan wrijving, luchtweerstand etc.

Op dus naar punt D. Ook weer onder aan de heuvel. De zak met hoogte energie wordt weer geruild voor snelheid-energie en ook nu zit er door verlies weer een beetje minder in, dan op punt B.

Of zoals in bovenstaand plaatje. Op punt A een grote zak. En iedere keer wordt die ingeruild, voor een kleiner zakje, en gaat er bovendien wat energie verloren.

Dit idee met een zak met energie gaat ook op voor achtbanen die over de kop gaan. Boven aan de 1e heuvel heeft de trein een hoeveelheid energie aan boord. Alles wat erna gebeurd moet uit deze energie betaald worden.

Iedere heuvel kost energie, iedere bocht, iedere heuvel, iedere looping, iedere kurkentrekker, zelfs gewone stukjes waarin je alleen maar rechtdoor gaat. Ieder achtbaan element kost energie.

Goede achtbaan ontwerpers zijn in staat om deze zak met energie die ze hebben zo te verdelen over zo veel mogelijk elementen (loopings/afdalingen/bochten etc.) dat de rit voor de berijders zo wild mogelijk is. Zo leuk mogelijk is, zo beangstigend mogelijk is. En dit alles voor het plezier.