Führerschein-Frage: Wie Aufprall-Geschwindigkeit berechnen?
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Re: Führerschein-Frage: Wie Aufprall-Geschwindigkeit berechnen?
02.05.2008, 21:08:25
Hallo Break16!

Die Berechnung ist mit den grundlegenden Bewegungsgleichungen s = a/2 * t^2 und v = a*t sowie einfacher Integralrechnung durchführbar. (s...zurückgelegter Weg in Meter, v...Geschwindigkeit, a...Verzögerung, t...Zeit).

Wenn das Auto mit einer Geschwindigkeit v0 gerade noch bremsen kann, dann ist der Bremsweg gerade

s = a/2 * t^2, t = v0/a, also s = v0^2 / (2a).

Der zurückgelegte Weg bis zum Hindernis bei höherer Geschwindigkeit v1 ist der gleiche.
Bei gleichförmiger Verzögerung ist die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t gerade v(t) = v1 - a*t. Wir wissen allerdings noch nicht, wie lange es dauert, bis mit der höheren Anfangsgeschwindigkeit das Hindernis getroffen wird. Intuitiv dauert es weniger lang, da man ja schneller auf das Ziel zurast. (x ist jetzt der Zeitpunkt der Kollision vom Bremsbeginn weg)

s = integral_von_0_bis_x (v1 - a*t) dt = v1*x - a/2 * x^2.

Diese quadratische Gleichung in x löst man und erhält mit s=v0^2/(2a)

x = v1/a +- wurzel( (v1/a)^2 - 2s/a) = (v1 +- wurzel( v1^2 - v0^2) )/a

Aus Gründen der Sinnhaftigkeit ist das Minus zu wählen (siehe Anmerkung unten)
Nun kann die Aufprallgeschwindigkeit ermittelt werden:

v_Kollision = v1 - a*x = wurzel( v1^2 - v0^2) = v0 * wurzel( (v1/v0)^2 - 1 ).

Wenn du nun deine 90 km/h einsetzt (es muss nun nicht in m/s umgerechnet werden, da unter der wurzel eine dimensionslose Größe steht), erhältst du v_Kollision = 43.589. Hier ist auch zu bemerken, dass das Ergebnis nicht von der tatsächlichen Verzögerung abhängt, es ist also für das Endergebnis egal, ob du mit Slicks bei strömenden Regen gerade noch "bremsen" kannst, oder ob ein Formel-1-Bolide noch knapp stehenbleiben kann. Sobald sie statt 90 km/h nun 100 km/h draufhaben, kollidieren sie *beide* mit obiger Geschwindigkeit.



Anmerkung: Der Grund für zwei Lösungen für den Kollisionszeitpunkt liegt offensichtlich darin, dass die Geschwindigkeit linear verringert wird. Ist die Geschwindigkeit Null nach dem Hindernis erreicht, wird jedoch weiter reduziert, sprich: In die Gegenrichtung beschleunigt. Damit rammt man ein Hindernis natürlich ein zweites Mal, sofern es dann überhaupt noch da ist. Dieser "Gag" wird übrigens von so mancher (mehr oder weniger guten) Comedy-Sendung immer wieder aufgewärmt.

Sei epsilon < 0...
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Re: Führerschein-Frage: Wie Aufprall-Geschwindigkeit berechnen?
02.05.2008, 21:41:11
so jez hab ichs glaub ich...(die vierte version dieses postings bevor ichs poste)
   ____________
V=√ 26 x a x s

V ist die aufprallgeschwindigkeit in km/h. das was wir suchen.

26 der faktor um auf km/h zu kommen.(um auf m/s zu kommen nimmt man 2 als faktor)

s ist die strecke die das fahrzeug weitergefahren wäre, also quasi hinter das hinderniss. das müssen wir ausrechnen.

a ist die bremsverzögerung.die bremsleistung also. normalerweise 7,7 man kann auch aufrunden auf 8.

also auf s kommt man indem man den bremsweg ausrechnet. mach ich jez mit berücksichtigung der reaktionszeit.

die distanz vom fahrzeug bis zum hinderniss ist der bremsweg und der reaktionsweg.das wissen wir von der angabe. da man mit 90km/h ja "grade noch " davor stehen bleibt.

der reaktionsweg: der weg den das fahreug fährt bevor man auf die bremse drückt. als reaktionszeit nimmt man 1s.

90km/h sind 25 m/s   (90 x 1000(m in einem km) : 3600(s in einer stunde) = 25)

reaktionsweg= 25m    und jetzt noch den  bremsweg

bremsweg =  v² : 2a  =  s
v=geschwindigkeit in m/s
a=bremsverzögerung in m/s²

bei 25m/s ist der bremsweg  25² : (2x8) = ~39m

reaktionsweg 25m + bremsweg 39 = distanz zum hindernss = S1= 64 m

jez müssen wir nur noch ausrechnen wie weit man mit 100km/h kommt.

reaktionsweg: 27,7m
bremsweg: ~48 m
total= S2= 75

S2 - S1  =  S3
75m - 64m  = 11m

jetzt setzen wir in diese formel ein.  S3 ist das s das wir am anfang gesucht haben.
   ___________
V=√ 26 x a x s
   _____________
V=√ 26 x 8 x 11    =   47,8 km/h

bei 100km/h prallt man mit einer geschwindigkeit von 47,8 km/h auf das hinderniss auf.

so ich hoffe ich habs verständlich genug aufgeschrieben

gl hf cya
                   NO THC U CAN KEEP THE F***** MISSPELLINGS!

02.05.2008, 21:55 Uhr - Editiert von T.I.B, alte Version: hier
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Re: Führerschein-Frage: Wie Aufprall-Geschwindigkeit berechnen?
03.05.2008, 12:24:14
Jetzt macht es doch nicht so kompliziert. Die kinetische Energie steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. (Egal wie schlecht die Fahrschule ist, DAS hat man euch bestimmt irgendwann gesagt.)

100/90=1.11-fache Geschwindigkeit, also 1.11^2-fache kinetische Energie = 1.23

Der Bremsweg ist proportional zur kinetischen Energie, also ist der Bremsweg bei 100km/h 1.23 mal so lang wie der Bremsweg bei 90km/h. Mit welcher Geschwindigkeit muss man unterwegs sein, um 0.23 des Bremsweges von 90km/h zu haben? Anders formuliert: Bei welcher Geschwindigkeit hat man das 0.23-fache der kinetischen Energie im Vergleich zu 90km/h?

0.23-fache kinetische Energie heisst 0.23^(1/2)-fache Geschwindigkeit. Das ergibt 0.48-fache Geschwindigkeit.

0.48*90km/h = 43.2km/h

Die Abweichung kommt daher, dass während der Reaktionszeit keine kinetische Energie abgebaut wird. Der gefundene Wert ist sozusagen das Optimum bei sofortigem Bremsen. Mit der unvermeidlichen Reaktionszeit muss der Wert größer sein, denn der Bremsweg fängt bei höheren Geschwindigkeiten näher am "Ziel" an. In der Rechnung oben ist 0.23 also zu niedrig.

Weil du dich jetzt lange genug mit der Aufgabe beschäftigt hast, wirst du die Frage in der Prüfung wiedererkennen und dich daran erinnern, dass die Antwort "50km/h" ist.

Der Sinn dieser Frage ist, dass man sich den drastischen Effekt einer nur wenig höheren Geschwindigkeit mal vor Augen führt, bevor die Natur das z.B. mit einem Stauende tut. Hoffentlich merkst du dir:

10% mehr Geschwindigkeit bedeuten selbst bei perfekter Reaktion, dass du mit etwa 50% der Geschwindigkeit auf ein stehendes Hindernis knallst, vor dem du bei der niedrigeren Geschwindigkeit gerade rechtzeitig zum Stehen gekommen wärst. Das gilt unabhängig von der Qualität der Bremsen, den Straßenverhältnissen und der Anfangsgeschwindigkeit.

03.05.2008, 13:04 Uhr - Editiert von RoyalA, alte Version: hier
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