Icon up Overzicht

Sleeplift fysica

Onderwerp: Kracht en beweging, Rechtlijnige beweging

Misschien ben je wel een expert op de latten, of juist een beginnende snowboarder die probeert heelhuids door de bochtjes te komen. De piste zit vol met klungelige klasjes, stoere freestylers, stijlvolle Carf skiërs en toeristen die er echt niks van bakken. Uiteindelijk eindigt iedereen beneden, om gelijk met de lift meteen weer naar boven te gaan.

Behalve de bekende gondola’s en stoeltjesliften zijn er in de meeste skigebieden ook kleinere sleepliften te vinden. Dit soort ‘pannenkoekliften’ trekken je omhoog terwijl je met je skies of snowboard over de piste glijdt.

Tekening van een pannenkoek sleeplift

Dit soort liften zijn niet bij iedereen populair, vooral omdat het in de lift stappen niet altijd even makkelijk is. Het begint redelijk gecontroleerd: je staat netjes opgelijnd klaar, pakt het voorbijkomende schoteltje uit de lucht en haakt hem achter je benen. Dan komt het punt waar je van stilstand opeens de snelheid van de kabel bij moet houden. Dat zou op zich al erg genoeg zijn, maar om de een of andere reden ga je eerst veel harder dan dat. Uiteraard kan de natuurkunde dit verschijnsel verklaren.

Langs de pistes zijn ook babyliftjes te vinden. Dit zijn kabels met knopen of noppen die je met je handschoen moet vastpakken waarna je aan je arme wordt voortgetrokken. Dit soort liften gaan tergend langzaam. Dit is natuurlijk zodat zelfs de grootste klungels de kans hebben om boven te komen, maar zelfs de meest geoefende skileraar zou niet in deze lift kunnen blijven staan, als ze veel harder gingen.

Voorbeeld van een typische babylift

Wanneer je de kabel vast pakt ga je van stilstand bijna onmiddellijk naar de snelheid van de lift. Als je staat te wachten gebeurt er niks en als je dan de kabel beetpakt staat er uit het niets een grote kracht op je lichaam. Gaat de lift te snel, dan is de schok te groot en dat is heel onprettig voor je armspieren en alles behalve bevorderend voor je evenwicht. Gewone sleepliften zijn al veel langzamer dan de stoeltjesliften en gondola’s. Hun populariteit zou dan ook lang niet zo groot zijn als ze niet beduidend sneller mensen omhoog konden krijgen dan de babyliftjes. Daarom wordt gebruik gemaakt van een oprolmechanisme, een zogezegd rotatieveer. Voor het gemakt gaan we deze veer bekijken alsof het een gewone veer is, omdat de principes hetzelfde zijn.

In het oprolsysteem zit een veer, we gaan de situatie bekijken alsof dit een gewone veer is

Wanneer je het pannenkoekje beet pakt begint de draad uit te rollen – de veer rekt uit. Dit gaat nog erg makkelijk en er staat maar een kleine kracht op het geheel. Naar mate de veer verder uitrekt wordt de kracht groter. Nadat je de tijd gehad hebt om de schotel op de juiste plek te krijgen komt het punt waarop de kracht van de veer net een beetje groter is dan de twee krachten die jou op je plek houden.

De veer rekt uit doordat de bevestiging aan de kabel vooruit getrokken wordt, terwijl jij nog stil staat

De eerste van deze twee krachten is de zwaartekracht die tegenwerkt omdat de lift je langs een helling omhoog wil trekken. De tweede is de statische wrijving tussen skies en sneeuw. Deze kracht is gelijk aan de statische wrijvingscoëfficiënt keer de normaalkracht. Vaak is de helling in het begin niet erg stijl en dan is de wrijving de grootste kracht die overwonnen moet worden.

Lees meer over wrijving.

Doordat de kracht van de veer langzaam groter wordt komt er niet in één keer een grote resulterende kracht op je lichaam te staan en je acceleratie (F=ma) zou dan ook binnen de perken moeten blijven. Echter, op het moment dat je in beweging bent, verandert de situatie. De wrijvingskracht wordt dan niet meer bepaald door de statische wrijvingscoëfficiënt (= 0.14), maar door de dynamische wrijvingscoëfficiënt (= 0.05). Deze nieuwe coëfficiënt tussen ski en sneeuw is bijna drie keer lager dan de oude en de wrijving is daardoor opeens ook drie keer zo klein. De grotere wrijving was net iets kleiner dan de voorwaartse kracht die de lift op je uitoefende, wat leidde tot een kleine resulterende kracht naar voren. Nu de wrijving zoveel kleiner is, is de resulterende kracht naar voren een stuk groter . Je accelereert nu zo hard dat je al gauw sneller gaat dan de lift zelf.

Tegen die tijd is de voorwaartse kracht van de lift op jou nul en begin je weer af te remmen. Zolang je maar in beweging blijft is je dynamische wrijving constant (het is dus niet zo dat als je iets harder of zachter gaat dat deze groter of kleiner wordt). Na de eerste paar meter in de lift is de voorwaartse kracht die de veer op je uitoefent even groot als de wrijving, waardoor de resulterende kracht op nul komt. Zo wordt je met een redelijk constante snelheid de berg op getrokken. Het punt waarop het evenwicht van alle krachten zit (dus hoe ver de veer uitrekt) ligt ook aan hoe stijl de helling is en verandert daarom als het terrein verandert.

De kracht parallel aan de piste (blauw) veroorzaakt door de zwaartekracht (rood) is groter bij een steilere helling

Als je eenmaal in de paar eerste meters staande bent gebleven, is de rest van de sleeplift een stuk makkelijker. Oefenen baart kunst, maar mocht je problemen blijven hebben met de liftjes, laat je er dan niet van weerhouden om een moeilijker uitziende steile lift te nemen. In zo’n liftje is het effect van de zwaartekracht zoveel groter dan de wrijving, dat je nooit merkbaar harder zult gaan dan de lift zelf.