Kinematik-Einheiten

DerSpike · Gast

Meine Frage:
Hallo miteinander!

Ich möchte für meine Sanitätseinheit eine Fortbildung über Kinematik, d.h. die bei Unfällen wirkenden Kräfte, halten.
Einige der Teilnehmer sind schon lange aus der Schule und können mit der Einheit Joule nichts anfangen.
Nun hört man ja häufig Formulierungen wie "Wenn ein 80kg schwerer Mann 10 Meter tief fällt, kommt er mit einer Kraft auf, als ob er 800kg (hab jetzt nur irgendeine Zahl geschrieben) wiegt."
Fragestellung: ich habe alle Energien im Vortrag in Joules berechnet. Wie kann ich das entsprechend in kg umwandeln, um den Vortrag für das entsprechende Publikum verständlicher zu gestalten?

Meine Ideen:
Beispielsweise:
Ein PKW wiegt 1200kg und fährt mit einer Geschwindigkeit von 30km/h.
T=0,5mv² = 0,5*1200kg*(8,3m/s)²= 41334J
Kollidiert dieser Baum, wird die Energie umgewandelt und Kräfte wirken.
Um das zu verdeutlichen, möchte ich solche Energien in Kilogramm ausdrücken.
Wie mach ich das?

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Nun ja, man kann eine Energie nicht durch eine Masse ausdrücken.
Was aber möglich wäre: Veranschauliche die Energie, die z. B. bei einer Kollision mit einem Baum umgesetzt wird, mit der Höhe, aus der das Auto fallen gelassen werden müßte, um denselben Schaden anzurichten. Du hast ja schon die kinetische Energie 0.5*m*v² des Autos berechnet. Wenn du diese mit der potentiellen Energie m*g*h gleichsetzt, so kannst du die Gleichung nach h auflösen. Dabei fällt sogar die Masse m weg, d. h. die Überlegung ist dieselbe für einen Kleinwagen wie für einen LKW. Für jeden gilt dieselbe Entsprechung von Geschwindigkeit und Fallhöhe:
0,5*m*v² = m*g*h
0,5*v² = g*h
h = v² / (2*g)
In deinem Fall:
h = (8,3 m/s)² / (2*9,81 m/s²)
h = 3,5 m

derIng als Gast · Gast

Das mit den Kräften ist meiner Meinung nach nicht so einfach. Folgendes soll das verdeutlichen.
Wenn ein Körper mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf eine Wand trifft, dann hat er unmittelbar davor eine bestimmte Bewegungsernergie (kinetische E., Ekin=m/2*v^2).
Um den Körper anzuhalten, muss diese Energie in eine andere Energieform umgewandelt werden, so dass Ekin=0 weil v=0 ist.
Diese anderen Energieformen können potentielle Energie (gespannte Feder/Gummiseil, Wärme) sein.
Bei der Feder ist es gut vorstellbar, dass bei einer weichen Feder (kleine Federsteife) diese weit (über einen großen Weg) gespannt wird. Bei einer besstimmten Geschwindigkeit dauert es eine bestimmte Zeit, diesen Weg zurückzulegen. Nun kann man die Kraft bei Erreichen des Stillstandes ausrechnen:
Fe=2*Ekin/s (s..Weg). An dieser Formel sieh man, dass je kürzer der Weg wird, um so größer muss die Kraft werden. Das Sprungtuch bei der Feuerwehr ist das Ergebnis, weil es eine kleinere Federsteife hat als die Straße.
Das Problem ist aber genau das: Welche Steife hat der Untergrund bzw. wie groß ist der zurückgelegte Weg, auf dem die kinetische Energie umgewandelt wird. Mit der Wärme ist es das selbe, nur dass dabei im Allgemeinen was dauerhaft kaputt geht.

Was wollte ich damit zeigen? Man kann gut Geschwindigkeiten als Vergleich heranziehen oder den Fall aus irgendwelchen Höhen.

DerSpike · Gast

alles schön und gut, aber ich glaube mein publikum würde es noch mehr verwirren.
hier geht es um das niveau à la pro7-galileo. info's so verpacken, dass sie ein laie versteht. die drücken doch auch kräfte in kg aus. geht da nicht was mit dem ortsfaktor zu berechnen?
ich hatte (leider) beim abi physik nur 2stündig, heute bereu ich's bitterlich.

grüße
spike

planck1858 · Anmeldungsdatum: 06.09.2008 Beiträge: 4542 Wohnort: Nrw

Hi,

die Kraft ist nach dem 2. Newton'schen Axiom definiert als Masse mal Beschleunigung.

derIng als Gast · Gast

Na gut, die bei Galileo haben auch nur 2 Stunden Physik...

Also, wenn man die Bewegungsgleichungen für die gleichförmig beschleunigte Bewegung (konstante Beschleunigung, konstante Beschleunigungskraft) umformt, müsste man auf eine Proportionalitätsbeziehung kommen wie

x1/x2=F2/F1
x1 ist der Weg, entlang welchem eine Masse mit der konstanten Kraft F1 beschleunigt wird, bei Anfangsgeschwindigkeit 0
x2 ist der Weg, entlang dem diese Masse auf die Geschwindigkeit Null abgebremst wird (ohne dass F1 weiter wirkt), F2 ist die Kraft, die dafür notwendig ist.

Beispiel:
Wenn ich einen 500g Hammer am ausgestreckten Arm von 0,5 m Länge (als Radius angenommen) auf einer Kreisbahn über einen Viertelkreis mit einer Kraft von 10 N beschleunige, und dann statt des Nagels meinen Daumen treffe und sagen wir mal der Daumen um 5 mm deformiert wird, bis der Hammer anhällt, so ergibt sich eine Kraft, die ca. 150 mal so groß ist, wie die Beschleunigungskraft.

Länge der Kreisbahn: ca. 750 mm (pi/2*r)
750/5=150

10 N entsprechen dem gewicht einer 1 Liter Flasche Wasser
1500 N entsprechen dem Gewicht eures kräftigsten Kollegen, der mit seinem Absatz auf dem Daumen...

(Bitte mal einer nachrechnen zu Sicherheit)

DerSpike · Gast

nochmal für mediziner bitte O_o
mein gott, wir sind für sowas nicht geschaffen.
also, ich hab jetzt folgendes verstanden:
die fragestellung ist also, welche kraft aufgewandt werden muss, um mein auto (1200kg, 100km/h) auf 0km/h zu "entschleunigen", und zwar auf einer strecke von 0 metern, richtig?
da müsste ein wert mit der einheit newton rauskommen, auch richtig?
und nachdem 10N auf der erde als 1kg entsprechen.
dazu muss ich erstmal die "entschleunigung" berechnen.
problem: wenn ich das versuche, bekomm ich keinen wert raus, weil:
Beschleunigung = ( Endgeschwindigkeit² - Anfangsgeschwindigkeit² ) / ( 2 * Weg ).
was tun? wenn ich einen minimalen weg annehme kommen stark negative werte raus. unrealsitische ergebnisse wären sicher die folge.
falscher ansatz, oder?

PS: jetzt schonmal vielen dank an alle helfenden...

lg spike

planck1858 · Anmeldungsdatum: 06.09.2008 Beiträge: 4542 Wohnort: Nrw

Hi,

dein text klingt etwas kompliziert! Big Laugh

Was möchtest du denn jetzt genau wissen, könntest du etwas konkreter werden?

Gruß Planck1858

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Für die bei einem Auffahrunfall auftretenden Beschleunigungen a respektive Kräfte m * a kommt es neben der Geschwindigkeit v unmittelbar vor dem Zusammenstoß (die man sich durch Fallhöhen veranschaulichen kann) hauptsächlich auf den Bremsweg = Knautschbereich s an: überschlägig

.
Beispiel Fußgänger

rennt mit dem Kopf gegen ein metallisches Hindernis; Weg (des Gehirns) 5 mm (keine Ahnung), macht bedenkliche 200 g oder am Busen einer Dame (10 cm?), macht verträglichere 1 g, rund. (Als Maß 1 g für Fallbeschleunigung.)

maxpower1984 · Anmeldungsdatum: 10.03.2010 Beiträge: 51

Vielleicht könntest du die auftretende Beschleunigung in Vielfachen der Fallbeschleunigung angeben. Ich denke, damit können auch viele Leute etwas anfangen, man hört ja oft Sätze wie: "Es wirkt eine Kraft von 3g."

derIng als Gast · Gast

Das mit dem Vorzeichen ist wichtig, wenn man die Summe mehrerer Kräfte berechnen will oder sich eben für die Richtung der Bewegung interessiert. Wenn man vorwärts positiv definiert, dann wird man bei positiver Kraft eben schneller vorwärts fahren und bei negativer Kraft langsamer Vorwärts fahren, bis man eben steht. Im Prinzip würde man nach dem Stillstand anfangen rückwärts zu fahren (wenn nicht alles kaputt wäre).
Das heißt, interessant ist zunächst nur der Betrag, um die "Wucht" zu beurteilen. Jetzt ist es wahrscheinlich wieder nur dem Mediziner wichtig, ob aus der Vorwärtsfahrt oder der Rückwärtsfahrt angehalten wurde (Stirn oder Nacken). Dem Ingenieur is tdas egal, Hauptsache die Vorzeichendefinition wird konsequent gehandhabt.

Spaß beiseite. Null Weg geht natürlich nicht. Aber das mathematische Ergebnis UNENDLICH, welches entsteht, wenn unter dem Bruchstrich eine Null steht, verdeutlicht noc mal die Beispiele Laternenmast und Busen. Und ist die Begründung, warum man das harte Lenkrad durch den Airbag polstert.

Ach, ich drück mich immer so kompliziert aus, Herr Kommisar.

planck1858 · Anmeldungsdatum: 06.09.2008 Beiträge: 4542 Wohnort: Nrw

@derIng als Gast,

warum meldest du dich hier im Forum an? So wie es aussieht, bereitet es dir ja auch viel Spaß am Thema und anderen auch noch dabei helfen zu können.

Gruß Planck1858

Dopap · Anmeldungsdatum: 24.02.2011 Beiträge: 198 Wohnort: Ostalbkreis

statt über Beschleunigungen und Strecken geht man besser über Impulsänderung und Kraftstoss:

wobei hier F gross und

klein ist.

Das hat den Vorteil, dass ich zur Berechnung der wirkenden Kraft, (nur)die Stosszeit wissen muss.
Wenn also ein PKW an einem Baum gestoppt wird, genügt eine Auswertung der Zeitlupenaufnahmen. Der Weg der "Bremsung" ist demgegenüber nicht klar festzustellen.

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583