Energiomvandlingar i Valkyria
Arbete och lägesenergi
Berg- och dalbanor är klassiska exempel på omvandlingar mellan lägeseneergi och rörelseenergi. I Valkyrias "uppdrag", drar kedjan upp tåget upp H = 40 m över stationen. Ett tomt tåg har massan väger 4849 kg. Med 18 personer i ett fullastat tåg blir det en total massa M ≈ 6 ton. Genom motorns arbete för att kedjan ska dra tåget har lägesenergin har då ökat med MgH
- Hur mycket har lägesenergin ökat under uppdraget?
Från lägesenergi till rörelseenergi
Efter en liten rundtur med utsikt över Göteborg och Liseberg stannar tåget medan man tittar ned mot tunneln, i väntan på att lägesenergin ska omvandlas till rörelseenergi, Mv^2/2. Tunnelns lägsta punkt ligger 47 m lägre.
Snabbare och snabbare
2. Hur snabbt går tåget i lägsta punkten? (Försumma friktion och luftmotstånd!)
Lägesenergi - rörelseenergi - lägesenergi ...
Friktion och inbromsning
Grafen visar hur höjden varierar med tiden under en tur i Valkyria. Notera hur de högsta punkterna blir lägre och lägre. Ingen ny energi tillförs under turen!
Effekten av friktion uppskattas till 2-4 cm höjd per meter spår. I slutet av turen kommer tåget in i den avslutande magnetbromsen. Bilden till höger visar bromssvärden i spåret. (Notera också de små gröna sensorerna i spåret som registrerar när tåget har passerat.) På undersidan av tåget sitter magneter, med omväxlande nord- och sydpoler närmast bromssvärden. När tåget kommer in i bromsen inducerar magneterna virvelströmmar i bromssvärden. Virvelströmmarna skapar ett magnetfält som "motverkar orsaken till sin egen uppkomst" (enligt "Lenz' lag"). Ju snabbare tåget går, desto starkare magnetfält och större bromskraft. Fiffigt - eller hur!
Tågets rörelseenergi omvandlas alltså till elektrisk energi, som i sin tur värmer upp spåret. Sekvensen nedan visar IR-bilder från Kanonens bromsar när ett tåg passerar. De uppvärmda bromssvärden strålar ut värmestrålning som leder till avkylning. Bilderna visar också att en del värme leds ned i spåret, eftersom underdelen av bromssvärden kyls ned snabbast.
Läs mer om magnetbromsar och se ett video-abstract om inbromsningen.
Se också en film om Energy conversions in roller coasters och en "PoV"-film från Valkyria