Physik im Strassenverkehr

Strassenverk._dt_ 7.2.2000 9:12 Uhr Seite 2
3. ANHALTEWEG
1. DIE GRUNDGRÖSSEN
GESCHWINDIGKEIT
Physikalisch ist die Geschwindigkeit als Weg
pro Zeit definiert. Im Strassenverkehr wird sie
meist in Kilometern pro Stunde angegeben.
Welcher Weg in einer Sekunde bei der jeweiligen
Geschwindigkeit in km/h zurückgelegt
wird, zeigt folgende Darstellung.
Geschwindigkeit [km/h]
30
50
80
100
120
8.3
13.9
22.2
27.8
33.3
0 5 10 15 20 25 30 35
Zurückgelegter Weg pro Sekunde [m]
TRÄGHEIT
Das Trägheitsgesetz besagt, dass sich ein
Körper solange geradeaus fortbewegt, bis
zusätzliche Kräfte auf ihn einwirken. Ein nicht
angegurteter Autofahrer wird deshalb bei
einem Aufprall ungebremst gegen Armaturenbrett
und Windschutzscheibe geschleudert. Ist
er angegurtet, wird die Bewegungsenergie des
menschlichen Körpers über den Sicherheitsgurt
und die Knautschzone abgebaut.
So entspricht z. B. die Wucht des Aufpralls bei
nur 30 km/h ungefähr dem 20fachen des
Körpergewichts des Automobilisten (ca. 1500
kg). Solche Kräfte können mit den Armen
nicht aufgefangen werden. Die weltbesten
Gewichtheber stemmen höchstens 260 kg.
Das Tragen eines Sicherheitsgurts erhöht bei
einer Kollision die Überlebenschancen der
Autoinsassen beträchtlich. Ca. 50 % der nicht
angegurteten und tödlich verletzten Personen
könnten noch leben, wenn sie den Sicherheitsgurt
getragen hätten.
s
Geschwindigkeit v = – v Geschwindigkeit [m/s]
t s Weg [m]
t Zeit [s]
Geschwindigkeit in [km/h]
Geschwindigkeit in [m/s] =
3.6
ENERGIE
Jedem bewegten Körper wohnt kinetische
Energie inne. Sie steigt mit zunehmender
Geschwindigkeit quadratisch an: Doppelte
Geschwindigkeit bedeutet vierfache Energie –
bildhaft dargestellt vierfache Fallhöhe.
Die Grösse der Energie ist bei einem Aufprall
entscheidend für die Unfallfolgen.
ZUSAMMENHANG ZWISCHEN
GESCHWINDIGKEIT UND FALLHÖHE
(POTENZIELLE ENERGIE):
Geschwindigkeit
und Fallhöhe
Entspricht einem
Sturz aus dem
80 km/h = 25.2 m 9. Stock
8. Stock
7. Stock
6. Stock
5. Stock
4. Stock
50 km/h = 9.8 m 3. Stock
2. Stock
30 km/h = 3.5 m 1. Stock
Parterre
Merke:
Geschwindigkeit den Verhältnissen
anpassen!
Genügend Zeit für die Fahrt einplanen!
«Klick» vor jedem Start!
WAHRSCHEINLICHKEIT ALS FUSSGÄNGER BEI
EINER KOLLISION MIT EINEM PERSONENWAGEN
GETÖTET ZU WERDEN:
Kinetische Energie E kin =
m
– . v 2 E kin Kinetische Energie [Joule]
2 E pot Potenzielle Energie [Joule]
m Masse [kg]
Potenzielle Energie E pot = m . g . h v Geschwindigkeit [m/s]
h Höhe über Boden [m]
g Erdbeschleunigung [9.81m/s 2 ]
Wahrscheinlichkeit [%]
100
80
60
40
20
0
20 30 40 50 60 70 80
Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeugs [km/h]
2. KONTAKT REIFEN/FAHRBAHN
Voraussetzung für das Beschleunigen, das Bremsen und auch das Lenken ist die
Übertragung der erzeugten Kräfte von den Reifen auf die Fahrbahn. Möglich ist dies aufgrund
der Reibung, die zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche auftritt. Das Ausmass der
Reibungskraft ist primär abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Reifen und
der Fahrbahn, der Radlast sowie der Geschwindigkeit.
Das physikalische Mass für die Qualität der
Kraftübertragung zwischen der Fahrbahn- und
Reifenoberfläche ist eine Verhältniszahl, die so
genannte Gleitreibungszahl µ R (oder Reibbeiwert).
Je glatter die Fahrbahn und je schlechter
der Reifenzustand (Profil, Luftdruck) bzw.
je niedriger die auf den Reifen wirkende
Radlast, desto kleiner ist die übertragene
Kraft. Zudem wirkt sich die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs aus. Das heisst, dass auch unter
idealen Fahrbahnbedingungen und bei optimalem
Reifenzustand die Fahrbefehle (beschleunigen,
bremsen, lenken) mit steigender Geschwindigkeit
schlechter auf die Fahrbahn übertragen
werden.
Merke:
Regelmässig Luftdruck kontrollieren und
Reifen nach Herstellerangaben aufpumpen!
Keine abgefahrenen Reifen verwenden
(Profiltiefe über 1.6 mm)!
Tempo den Witterungsverhältnissen
anpassen!
Beispiel:
Die Fahrgeschwindigkeit hat bei Nässe einen
grossen Einfluss auf die Bremsverzögerung.
Mit zunehmender Geschwindigkeit verschlechtert
sich der Kontakt zwischen Reifen und
Fahrbahn. Versuche haben ergeben, dass bei
5 mm Profiltiefe – halb abgefahrenes Profil –
und 2 mm Wasserfilmhöhe (geschlossener
Wasserfilm) die Bremsverzögerung von 6.5
m/s 2 bei 60 km/h auf 4.2 m/s 2 bei 80 km/h bzw.
auf 0.5 m/s 2 bei 120 km/h (Aquaplaning) absinken
kann. Das heisst, bei gleichartigen Strassenverhältnissen
kann sich die Bremsverzögerung
bei Verdoppelung der Geschwindigkeit bis zum
15fachen verkleinern und der Bremsweg entsprechend
verlängern.
Der Weg, den ein Fahrzeug zurücklegt um zum Halten zu kommen, lässt sich unterteilen
in den Reaktionsweg und den Bremsweg. Der Reaktionsweg ist die Strecke, die
das Fahrzeug vom Erkennen der Gefahr bis zur Betätigung der Bremse zurücklegt. Die Länge
dieses Weges ist abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und der Reaktionszeit
des Lenkers. In der Regel beträgt die Reaktionszeit ca. 1 bis 2 Sekunden. Um zum Stehen zu
kommen, muss man das Fahrzeug verzögern. Unter Bremsweg versteht man die Strecke,
die ein Fahrzeug vom Beginn der Verzögerung bis zum Stillstand zurücklegt.
Beispiel: Dort, wo ein mit 50
km/h auf trockener Fahrbahn
fahrendes Auto nach einer
Vollbremsung stillsteht, hat ein
Fahrzeug, dessen Lenker am
gleichen Ort gleich schnell reagiert,
aber mit 60 km/h fährt,
noch immer eine Geschwindigkeit
von mehr als 40 km/h.
Geschwindigkeit [km/h]
30
40
50
60
70
80
8
11
14
17
5
19
22
8
13
19
ANHALTEWEG BEI VERSCHIEDENEN GESCHWINDIGKEITEN:
ANHALTEWEG BEI VERSCHIEDENEN GESCHWINDIGKEITEN AUF
TROCKENER FAHRBAHN:
Geschwindigkeit Reaktionsweg Bremsweg Anhalteweg
trocken nass eisig (= Reaktionsweg + Bremsweg)
(Reaktionszeit = 1s) (µR = 0.75) (µR = 0.6) (µR = 0.1) trocken nass eisig
0 10 20 30 40 50 60
Anhalteweg [m] Reaktionsweg Bremsweg
26
30 km/h 8 m 5 m 6 m 35 m 13 m 14 m 43 m
50 km/h 14 m 13 m 16 m 98 m 27 m 30 m 112 m
80 km/h 22 m 34 m 42 m 252 m 56 m 64 m 274 m
100 km/h 28 m 52 m 66 m 399 m 80 m 94 m 421 m
120 km/h 33 m 76 m 94 m 566 m 109 m 127 m 599 m
34
Reaktionsweg s r = v . t r s r Reaktionsweg [m]
s b Bremsweg [m]
Bremsweg s b =
v Geschwindigkeit [m/s]
v 2
2 . g . t
µ r Reaktionszeit [s] i.d.R. 1 bis 2 Sek.
R g Erdbeschleunigung [9.81 m/s 2 ]
µ R Gleitreibungszahl [–] i.d.R.
trocken = 0.7–0.8 / nass = 0.55–0.65 /
eisig = 0.05–0.15
Der Anhalteweg wird vor allem
von zwei Faktoren bestimmt:
● von der Geschwindigkeit –
doppelte Geschwindigkeit
bedeutet vierfacher Bremsweg.
● vom Strassenzustand –
bei Nässe ist der Bremsweg
etwa 25 % länger als auf
trockener Strasse, bei Schnee
und Eis kann er sich um das
Achtfache verlängern.