Was Sie benötigen:
- Papier und Bleistift
- evtl. Taschenrechner
- evtl. Formelsammlung für Physik
- etwas Zeit und Geduld
- Grundkenntnisse der Mechanik
Aufprallkraft bei Wandcrash - so wird sie berechnet
- Am einfachsten können sie die Aufprallkraft berechnen, indem Sie sich kurz Gedanken über die Energie bei diesem Crash machen.
- Dort wird nämlich in sehr kurzer Zeit (tatsächlich sind es Zeiten unter 1 Sekunde) die gesamte kinetische Energie eines Fahrzeugs in Verformungsenergie umgewandelt, eine Folge der Aufprallkraft.
- In der Physik ist Kraft als umgesetzter Impuls pro dafür benötigter Zeit definiert, egal, ob Sie beschleunigen oder abbremsen, wie in diesem Fall.
- In Formeln: F = p/t (mit p für Impuls; t für die Kontaktzeit und F als Kraft in der Einheit Newton (N)).
- Den Impuls eines Fahrzeugs berechnen Sie aus seiner Masse und seiner Geschwindigkeit, in Formeln: p = m * v (mit m = Masse in Kilogramm, v = Geschwindigkeit in m/s).
- Ein typisches Beispiel für solch einen Crash ist ein Fahrzeug mit einer Masse m = 800 kg, das mit einer Geschwindigkeit von v = 50 km/h = 13,89 m/s auf eine Wand auffährt.
- Den Impuls des Fahrzeugs berechnen Sie zu: p = 800 x 13,89 = 11112 kgm/s
- Die Kontaktzeit beträgt für diesen Crash - wie beschrieben - unter einer Sekunde. Eine Zeit t = 0,5 s ist daher eine gute Annahme.
- Für die Aufprallkraft berechnen Sie F = p/t= 11112/0,5 = 22224 N, also mehr als 20000 Newton.
- Um ein Gefühl für dies Aufprallkraft zu bekommen, sollten Sie einen Vergleich machen: Sie müssen (etwa) die gleiche Kraft aufbringen, um 2000 kg, also 2 t zu heben. Dies verdeutlicht die enormen Kräfte, die bei solch einem Crash auftreten.
Die Formel für die Bewegungsenergie kann im Prinzip in jeder Formelsammlung gefunden …
Aufprallkraft für freien Fall berechnen - so wird's gemacht
- In diesem Fall lassen Sie einen (schweren) Gegenstand aus einer bestimmten Höhe zu Boden fallen und wollen wissen, mit welcher Aufprallkraft er dort ankommt.
- Bei diesem Aufprall zerspringen Gläser und verformen sich Bälle oder Knetkugeln- auch dies eine Wirkung der enormen Aufprallkraft.
- Prinzipiell spielt auch hier die enorm kurze Kontaktzeit auf dem Boden die entscheidende Rolle.
- Allerdings müssen Sie zunächst aus den Gesetzen des freien Falls die Geschwindigkeit des Gegenstandes beim Aufprall auf dem Boden berechnen.
- Ein Beispiel: Sie lassen eine Wasserflasche (m = 1,2 kg) aus einer Höhe von h = 1 m zu Boden fallen.
- Aus dem freien Fall (Formelsammlung benutzen) berechnen Sie eine Geschwindigkeit von v = 4,5 m/s (gerundet), mit der diese Flasche den Boden erreicht.
- Der Impuls der Flasche beträgt dann p = m * v = 5,4 kgm/s.
- Eine Kontaktzeit der Flasche bei diesem Crash auf den Boden von t = 0,3 s ist realistisch.
- Damit berechnen Sie die Aufprallkraft F = p/t = 18 N.
- Auch hier sollten Sie einen Vergleich wagen: Die Flasche allein hat eine Gewichtskraft von etwa 12 N (Masse x Erdbeschleunigung). Durch den freien Fall sind also 6 N hinzugekommen. Dies entspricht immerhin 33 % Zunahme, selbst aus 1 m Höhe.
Weiterlesen:
- Für die Bewegungsenergie die Formel in Physik richtig anwenden - so wird's gemacht
- Aufprallgeschwindigkeit - wie berechnen Sie sie?
- Die "mittlere Kraft" bei der Beschleunigung berechnen - so geht's
- Einheit: Impuls - so gelingt die Umrechnung zur Geschwindigkeit
- Übersicht: Alles zum Thema Physikalische Kräfte
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