Modell einer Loopingbahn (Zentripetalkraft)

Diese Simulation zeigt einen einfachen Modellversuch zur Looping-Achterbahn. Um allzu komplizierte Berechnungen zu vermeiden, wird eine Kreisform vorausgesetzt; An- und Auslauf sind, soweit vorhanden, geradlinig. Für eine reale Loopingbahn sind diese Voraussetzungen ungeeignet, da sie zu extremen und plötzlichen Änderungen der auftretenden Kräfte führen; die Verletzungsgefahr für die Insassen einer solchen Loopingbahn wäre beträchtlich. Reibungskräfte sind in der Simulation vernachlässigt, ebenso die Eigenrotation der Kugel.

Im Wesentlichen sind drei Fälle zu unterscheiden:

Ist die Ausgangshöhe der rollenden Kugel höchstens so groß wie der Kreisradius, so ergibt sich eine periodische Schwingung wie bei einem Fadenpendel. An- und Auslauf sind in diesem Fall wenig sinnvoll und werden daher weggelassen.
Ist die Ausgangshöhe größer als der Kreisradius, aber kleiner als das 2,5-fache des Radius, so rollt die Kugel nach Anlauf und Übergang zur Kreisbahn zunächst auf der rechten Seite nach oben, hebt dann aber ab und fällt herunter.
Beträgt die Ausgangshöhe mindestens das 2,5-fache des Radius, so schafft die Kugel den Überschlag und rollt über den linken Teil der Kreisbahn zum Auslauf.

In der Schaltfläche auf der rechten Seite lassen sich die wesentlichen Parameter einstellen. Der oberste Schaltknopf bringt die Simulation in den Startzustand. Mit dem darunter liegenden Schaltknopf lässt sich die Simulation starten, stoppen und wieder fortsetzen. Zwei Radiobuttons erlauben die Wahl zwischen 5-facher und 50-facher Zeitlupe. Unterhalb der Radiobuttons stehen vier Eingabefelder zur Verfügung, nämlich für den Kreisradius, die Ausgangshöhe, die Fallbeschleunigung und die Masse. Eingaben sind mit der Entertaste abzuschließen; Eingaben außerhalb des erlaubten Bereichs werden abgeändert. Im unteren Teil der Schaltfläche kann man unter anderem einstellen, ob der Geschwindigkeitsvektor eingezeichnet werden soll. Des Weiteren gibt es eine Auswahlmöglichkeit, ob Gewichts- und Kontaktkraft oder Tangential- und Radialkraft dargestellt werden sollen. Schließlich kann man noch vorgeben, ob die Gesamtkraft und das zugehörige Kräfteparallelogramm sichtbar sein sollen.

In der Zeichenfäche sind neben der Versuchsanordnung zwei Uhren zu sehen. Die obere Uhr zeigt die Zeit an, die seit dem Start des Versuchs verstrichen ist. Die untere Uhr wird erst in Gang gesetzt, wenn die rollende Kugel zum ersten Mal den tiefsten Punkt der Kreisbahn durchläuft. Im unteren Teil der Zeichenfläche werden die Werte wichtiger Größen ausgegeben. Rechts davon befinden sich zwei Vergleichspfeile für die Geschwindigkeits- und Kraftpfeile der Zeichnung.