Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften

Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften

d) 8 % Gefälle bedeutet: Auf 100 m beträgt der Höhenunterschied 8 m.
Damit erhält man für den Neigungswinkel:

Newtonsche Gesetze
43. Beim ruckartigen Anheben eines schweren
Koffers
kann der Griff abreißen. Warum passiert das
beim langsamen Anheben nicht?
44. Für die Sicherheit beim Autofahren sind
Sicherheitsgurte,
Airbag, Kopfstützen und eine
Knautschzone vorgesehen.
Erläutern Sie aus physikalischer Sicht den Zweck
und die Wirkungsweise der genannten
Sicherheitseinrichtungen!
Aufgrund der Trägheit wirken beim schnellen Anheben (große Beschleunigung) große Kräfte
(Trägheitskräfte),
beim langsamen Anheben aber nur (näherungsweise) die Gewichtskraft bzw. die
Gegenkraft dazu.
Sicherheitsgurte: Beim schnellen Abbremsen (Auffahrunfall) wirken erhebliche Trägheitskräfte
Fahrtrichtung. Durch den Sicherheitsgurt wird ein Aufschlagen des Körpers auf
Lenkrad/Armaturenbrett
vermieden.
Airbag: Airbags, die sich bei großen Beschleunigungen automatisch aufblasen, dienen Abfederung“
für den Körper und verhindern ein Aufschlagen auf harte Kanten.
Kopfstütze: Eine Kopfstütze verhindert das Zurückschlagen des Kopfes vor allem in zwei
Gefahrensituationen:
– Auffahrunfall von hinten,
– Aufprall auf Hindernis, bei dem nach einer Vorwärtsbewegung des Körpers in der Regel
Bewegung des Oberkörpers und Kopfes nach hinten erfolgt.
Knautschzone: Durch eine Knautschzone vorn und hinten wird bei Unfällen der Brems-
Beschleunigungsweg vergrößert und damit die Beschleunigung verringert. Eine Verkleinerung
Beschleunigung, die ein Vielfaches der Erdbeschleunigung betragen kann, bedeutet eine
Verkleinerung
der Trägheitskräfte, durch die die Unfallfolgen wesentlich beeinflusst werden.

) Die grafische Darstellung zeigt den Zusammenhang zwischen der wirkenden Kraft F und der Beschleunigung a bei einem Körper mit
bestimmter Masse.
Zwischen Kraft und Beschleunigung besteht direkte Proportionalität. Das bedeutet: Je größer die Kraft auf einen beweglichen Körper ist, desto
größer ist auch seine Beschleunigung.
c) Man kann entweder von der grafischen Darstellung ausgehen (ein sinnvolles Wertepaar für die Gerade) oder aus den gegebenen Wertepaaren
den Mittelwert bilden.
Aus den Wertepaaren ergibt sich mit m = :
m1 = 3,33 kg, m2 = 3,39 kg, m3 = 3,30 kg, m4 = 3,33 kg und damit als Mittelwert: m = 3,34 kg.
46. Welche Bremskraft ist erforderlich, um ein Fahrzeug mit einer Masse von 1 100 kg, das mit 65 km/h fährt, nach 55 m zum Halten zu bringen?
Geht man von einem gleichmäßigen Abbremsen aus, so können neben dem newtonschen Grundgesetz die Gesetze der gleichmäßig beschleunigten Bewegung
angewendet werden.

47. Die Elektromotoren eines Intercity-Express haben eine maximale Antriebskraft von 270 kN. Die Masse des Zuges beträgt 500 t.
a) Welche maximale Beschleunigung erreicht ein ICE beim Anfahren?
b) In welcher Zeit erreicht der ICE bei dieser Beschleunigung eine Geschwindigkeit von 100 km/h? Vergleichen Sie das mit den Zeiten,
die bei einem Pkw erreicht werden! Welchen Weg legt der ICE dabei zurück?
c) Die Bremsverzögerung beim Abbremsen beträgt 0,60 m · s–2. Welche Strecke benötigt der mit 200 km/h fahrende Zug, um zum
Stillstand zu kommen? Wie groß ist dabei die Bremskraft?
d) Zeichnen Sie das Weg-Zeit-Diagramm für den gesamten Bremsvorgang!
a) Es wird von einer gleichmäßig beschleunigten
Bewegung ausgegangen. Folglich können
zur Lösung neben dem newtonschen
Grundgesetz die betreffenden Bewegungsgesetze
genutzt werden.
Bei konstanter Beschleunigung
erreicht der Zug nach etwa 50 s
eine Geschwindigkeit von
100 km/h. Dabei wird ein Weg
von etwa 700 m zurückgelegt.
Für Pkw kann man eine
durchschnittliche Zeit von etwa
10 s bis zum Erreichen von 100
km/h
annehmen. Die Beschleunigung
ist bei einem Pkw also
wesentlich größer als bei einem
ICE.