Newtonsche Gesetze im Straßenverkehr

Hey,
ich muss morgen nen Fachaufsatz über Newtonsche Axiome mit Anwendung im Straßenverkehr schreiben. Leider bietet das Internet zu diesem speziellen Thema nicht viel und ich weiß nicht, ob ich mir selbst alles richtige erkläre.

Einige Punkte, die uns unser Lehrer vorgab: Antriebe von Autos, Abstandsregeln (50 Meter, 1/2 Tacho), Airbag, Knautschzone, Gurte, Kindersitz, Masse der Autos (Warum immer weniger?), Materialien

Bei den Sicherheitsgurten habe ich herausgefunden, dass es um das Trägheitsprinzip, also das 1. Axiom geht. Da der Körper (Mensch) sich in geradlinig gleichförmiger Bewegung weiterbewegt aufgrund der Trägheit, wird er vom Sicherheitsgurt abgefangen.

Die Masse der Autos wird verringert, weil F = m*a gilt und man bei größerer Masse mehr Kraft zur Beschleunigung brauch (2. Axiom)

Kann mir jemand bei dem Rest helfen? :smile:

Masse der Autos (Warum immer
weniger?),

Golf 1: 750kg
Golf 2: 845kg
Golf 3: 960kg
Golf 4: 1050kg
Golf 5: 1155kg
Golf 6: 1217kg
Golf 7: 1205kg

OK, das neueste Modell hat echt weniger Masse als das letzte.

Trotzdem geht die Versuchung ja in die Richtung, Autos leichter zu bauen^^

Moin,

Trotzdem geht die Versuchung ja in die Richtung, Autos
leichter zu bauen^^

in grober Tendenz leider nein, siehe den unseligen Trend zu den unsagbaren SUV

Gandalf

mitwachsende Modellreihen
Hallo Gandalf,
auch ich beobachte den Gigantismus bei PKW mit Abscheu. Man sollte aber nicht außer 8 lassen, dass die Gewichtserhöhung teilweise dem Konzept der „mitwachsenden“ Modelle geschuldet ist. D. h.: Viele Autohersteller streben an, dem Kunden sein Leben lang „das gleiche“ Modell passend anzubieten, solange er sich vom ( Kinder- ) Reichtum durchschnittlich entwickelt. Naja, wenn die Kids dann aus dem Haus sind, passt das meist nicht mehr …
Freundliche Grüße
Thomas

Hallo.
Zu den einzelnen Punkten:
Antrieb: Je höher das Drehmoment des Motors und damit der Räder, um so stärker kann die Beschleunigung sein. Obergrenze ist die Reibkraft der Räder (Gewicht der Antriebsachse(n) x Reibkoefizient (bei Gummi-Asphalt ca. 1)). Bei Hinterradantrieb erhöht die Beschleunigung den Anpressdruck der Räder, Vorderantrieb bewirkt das Gegenteil. Über einem bestimmten Verhältnis von Leistung zu Achsdruck wird deshalb, mit Bezug auf die Beschleunigung, ein Vorderradantrieb sinnlos, die Straßenlage ist aber durchweg besser.

Abstandsregelung: Die Richtwerte 1/2 Tachstand, 2 Sekunden u.ä. sind nur Richtwerte, damit nicht zu dicht aufgefahren wird. Bei plötzlich auftauchenden Hindernissen (Fußgänger, Kühe etc.) gibt es das Problem, dass der nötige Bremsweg mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt, da die Energie des Fahrzeuges nach E=m*v*v/2 im Quadrat steigt, die Bremsverzögerung pro Meter Straße aber nicht. Und wenn Du das einmal nachrechnest, kommst Du auf ziemlich lange Bremswege. Da sind die o.a. Richtwerte viel zu kurz. (Dort sind die Bremswege des Vordermannes mit eingerechnet, das gilt aber nicht für eine Kuh vor der Haube. Die sieht plötzlich ziemlich groß aus, wie einmal erleben musste.)

Airbags: werden durch die Bremsverzögerung, meist einer Kugel in einem flachen Teller, ausgelöst, hängen also von Kraft = Masse x Beschleunigung ab.
Knautschzonen: fangen die kinetische Energie des Autos mittels Verformungsarbeit auf, wobei die aufgenommene Energie die Summe der Verformungskräfte x der Verformungswege der Knautschteile beträgt. Ein absolut starres Auto hätte keine Verformungswege, was zu unendlich großen Kräften führen würde. Je länger die Knautschzone, um so geringer sind deshalb die nötigen Kräfte zur Bremsung.

Gurte, Kindersitz: Kindersitze sollen das Kind in einer optimalen Position in den Gurten halten. Die Gurte selbst sind so gewebt, dass sie sich bei harter Beanspruchung bleibend dehnen können, um so über den Dehnweg die Kräfte auf den Körper zu mindern. Ein einmal gedehnter Gurt ist deshalb nicht mehr verwendbar und muss ausgetauscht werden.
Masse der Autos: Deine Antwort ist richtig für die Beschleunigung. Beim Bremsen bringt es nichts, da das Auto im gleichen Maße weniger Bremskraft aufbringen kann, wie es wiegt. Für einen Unfallgegener ist ein leichtes Auto ein Vorteil, für den Fahrer ein Nachteil. Des weiteren hat ein leichteres Auto einen geringeren Rollwiderstand, sodaß nicht nur stärker beschleunigt werden kann, sondern bei höhern Geschwindigkeiten auch der Spritverbrauch sinkt (allerdings nur proportional zum Tempo).

Materialien: Teile aus Kunststoff und Leichtmetallen erleichtern zwar das Gewicht, was die o.a. Vorteile bringt, sie nehmen aber viel weniger Verformungsarbeit auf als Stahl. Beispiel: Tiefzieh-Stahlblech für die Karrosserie hat bei einer Bruchgrenze von ca. 350 N/qmm eine Streckgrenze von ca. 210 N/qmm. Bis zum Bruch kann es sich um gut 40 % dehnen und dabei Energie absorbieren. Aluminium mit einer Bruchgrenze von 310 N/qmm hat eine Streckgrenze von 300N/qmm bei minimaler Verformbarkeit. Typischer Fall ist die Aluleiter: eine Holzleiter macht durch Quitschen auf eine Überlastung aufmerksam, eine Stahlleiter verbiegt sich erst einmal bevor sie bricht. Eine Aluleiter bricht ohne jede Vorwarnung. Dazu ist Alu nicht dauerfest, das heist: selbst bei geringer Belastung gibt es immer eine Zahl der Lastwechsel, bei der das Material nachgibt. Der alte Stahl ST 37 (37 kp/qmm Bruchlast, Streckgrenze 21 kp/qmm) hielt bei unter 14 kp/qmm Spannung unendliche viele Lastwechsel aus; bei Alu gibt es eine solche Grenze nicht. (Die sogn. Wöhler-Kurve von Stahl geht bei ca. 100.000 Lastwechseln bei 14 kp/qmm in die Waagrechte über.) Einfache Stähle sind hier regelrecht gutmütig und machen bei Verformung sogar eine „Kaltverfestigung“ durch, dh. sie werden stabiler. Hochfeste Stähle (Federstähle u.ä.) haben keine Streckgrenze mehr, können höhere Lasten auffangen, aber nur elastische Verformungsarbeit, dh. unterhalb der Bruchgrenze springen sie zurück, was für eine Knautschzone unerwünscht ist.
Bei den meisten o.a. Problemen geht es um die Wege, die zur Bremsung oder Verformung zur Verfügung stehen. Lange Wege vermindern die Kräfte, und das ist der Sinn von dehnbaren Gurten, Knautschzonen und verlängerten Bremswegen. Ein Schlag hart auf hart, wie bei einem Hammerschlag auf einen Amboss bringt wegen des hohen Elastizitätsmoduls von Stahl (2,05 x 10 hoch 7 N/qcm, dem wahrscheinlich höchst bekannten) enorme Kräft: ein normaler 300 g - Hammer 30.-50.000N, je nach Bizeps.
Ich hoffe, Du etwas davon gebrauchen,
Gruß Armin.