lu.se

Nationellt resurscentrum för fysik

Institutionen för Fysik, Lunds universitet

Denna sida på svenska This page in English

AeroSpin - Nyhet 2016

Den nya familjeattraktionen 2016, AeroSpin, är en Sky Roller från Gerstlauer. 

Flygplanen åker 35m upp från marken, och medan man flyger 11 varv/min runt tornet är diametern under 21.2m enligt databladet. Genom att ändra vinkeln för höger och vänster vinge kan den som åker påverka turen, från en snäll attraktion där man åker runt en vertikal axel ("girar") till en vild attraktion när hela flygplanet roterar runt sig själv ("rullar"). 

Läs mer i artikeln Aerodynamics in the amusement park: interpreting sensor data for acceleration and rotation med ett Video Abstract som sammanfattning (Svensk version kommer så småningom).

Uppgifter för Fysikdag 9 september 2016

Attraktionen AeroSpin innehåller många olika slags matematik, fysik och teknik. September 2016 är första gången vi använder den under en fysikdag, och ni som bemannar stationen får gärna komma med egna förslag. Det skulle också vara bra om ni hade möjlighet att ta upp några mått innan den kör igång. (Fotografera gärna mätningarna också!) Lämna in ett blad med resultaten efteråt

Olika uppgifter lämpar sig olika väl för olika stadier och kurser. Som lärare väljer du vad du vill ta upp. Som lärare väljer du vilka uppgifter som passar för dina elever.

  • Geometri:

    • Avstånd mellan två av de yttre flygplanen?
    • Avstånd mellan två av de inre flygplanen ?
    • Avstånd mellan vingspetsarna för yttre och inre flygplan?
    • (Se också tidigare mätningar på själva planet)

  • Cirkelrörelse

    • Hur långt rör sig ett flygplan i yttre ringen under ett varv? (Hur många plan? Hur långt är det från en nos till nästa nos?)
    • Hur långt rör sig ett flygplan i inre ringen under ett varv?
    • Hur lång tid, T, tar ett varv? (Mät - attraktionen kan köras olika snabbt, beroende på vind)
    • Hur fort rör sig planen i yttre/inre ringen? (v= Omkrets / T)
    • Enligt databladet är största diametern 21.2m. Hur långt innanför vingspetsen sitter man?
    • Spelar det någon roll att planen lutas lite under turen? (Försök få ett bra foto underifrån och jämföra olika avstånd.)
    • Hur stor blir centripetalaccelerationen? (a=v^2/r, där r är radien)
    • Vilken riktning känns som "upp" när man åker?

  • Luftmotstånd

    • Luftmotståndet behövs för att få planen att börja gunga. Hur beror luftmotståndet på farten? Ett sätt att undersöka det är att släppa kaffefilter (eller muffinsformar).  Läs mer 

  • Vridmoment

    • När luften träffar en vinge utövar den en kraft på vingen. Om vingarna hålls vinklade åt olika håll leder detta till ett vridmoment som gör att planet börjar rotera.
    • När planet är vinklat utövar tyngdkraften ett vridmoment som strävar efter att få planet tillbaka till jämviktsläget.
    • När planet stannar måste man ändra vinklarna på vingarna så att vridmomentet från luften blir åt andra hållet - se Lisebergs film Tips och Tricks
    • Om man vill kan man fundera vidare på krafter, vridmoment och koordinater för AeroSpin (läs mer)
    • Man skulle också kunna introducera vinkelhastighet (som mäts i radianer/s, men man kan förstås relatera till varv/minut eller varv/sekund)

  • Resonans

    • För att få planet att gunga högre måste man ändra vingarna i rätt ögonblick. Vänder man för tidigt eller för sent kommer man i stället att bromsa rörelsen. Jämför t.ex. med en vanlig gunga, där man puttar på när man kan göra det i rörelsens riktning. 

  • Lufttryck

    • Om man använder telefonen som mätutrustning kan man få ut lufttrycket under turen. Man ser då tydligt hur trycks ändras när planet rör sig uppåt.

      • Vilken relation finns mellan lufttryck och höjd?
      • Prova att mäta hur hög rulltrappan är - både med lufttryck och genom att t.ex. mäta steghöjd och antal steg (förslagsvis ett samarbetsprojekt med någon uppe och någon längst ned)

  • Accelerometerdata och vinkelhastighet

    • Man kan använda telefonen för att mäta "g-krafter" och rotationshastighet (vinkelhastighet) runt de olika axlarna.
    • På egen sida finns exempel på uppmätta data från en tur i Aerospin, med många varv (kräver övning!)

  • Kapacitet 

    • Enligt Lisebergs sida för AeroSpin är kapaciteten ca 480 personer/timme.Det finns 24 flygplan. Från graferna ser vi att turen tar ca 100 sekunder. Hur lång tid får av- och pålastning ta för att 480 personer ska hinna åka varje timme?

Acceleration och rotation

Om du har en riktigt bra ficka som du kan stänga kan du ta med en telefon och mäta, t.ex. med appen Physics Toolbox. (Välj "Roller Coaster" för Android och accelerometer och gyro för en iPhone).

Använd uppgifterna från databladet för övningarna nedan, dvs 11 varv/minut runt tornet och en diameter 21.2m. (Tänk på att man sitter ca 137 cm innanför vingspetsen - se uppmätning av planets mått)

Övning

  • Hur långt åker man på ett varv? 
  • Hur fort rör man sig runt tornet? 
  • Hur stor blir accelerationen in mot centrum på grund av denna rörelse?
  • Vad händer om vinden blåser snabbare än flygplanet rör sig?
  • Vad förväntar du dig att totala "accelerationen" (eller "g-kraften" ska vara när attraktionen är igång)?
  • Vilken total rotationshastighet förväntar du dig? Spelar det någon roll om planet rullar, eller om man bara åker utan att tippa vingarna?

Accelerometergrafer

Bilden till höger visar koordinataxlar för en kanin enligt standard för åkattraktioner (telefonens koordinater är annorlunda). 

I Sky Roller rör man sig i x-axelns riktning och genom vingarna kan man också rotera runt denna axel ("rolla").

Huvudrotationen runt tornet blir runt "Z-axeln" som sammanfaller med z-axeln om man sitter rakt upp. (Z-axeln ändras alltså inte under åkturen.) Vad svarar Z-axeln mot i kaninkoordinater när man lutar?)

Graferna nedan visar accelerometerdata i y-led för två turer. Den vänstra grafen är från en tur som inte riktigt kom runt, medan den högra grafen visar en tur  med mer än 40 varv. 

Läs mer om tolkningen av data från AeroSpin

Lateral component of the accelerometer data from Ann-Marie Pendrill's and Marcus Löfstrand's first rides in the AeroSpin.