Energie/Kraft beim Auto-Crash

Stromberg · Gast

Meine Frage:
http://www.leifiphysik.de/web_ph11/tests/05_erhaltungssaetze/energieerhaltung/frameset.htm

Die Frage "Crash" interessiert mich hier:

Crash

1. Fall:
Zwei Autos mit gleicher Masse fahren mit 80 km/h aufeinander zu und prallen frontal aufeinander.

2. Fall:
Eines der obigen Autos fährt im 80 km/h auf eine starre unbewegliche Steinwand.

Lösungsmöglichkeiten:

1.)Im 1. Fall wird das Auto stärker beschädigt
2.)In beiden Fällen wird das Auto gleichstark beschädigt
3.)Im 2. Fall wird das Auto stärker beschädigt.

Meine Ideen:
Die Lösung steht mit dabei, und zwar soll 2.) richtig sein. Das wird wie folgt begründet:

"Antwort 2 ist richtig.
Diese Frage könnte mit Newton III beantwortet werden, es ist aber auch eine Antwort mit Hilfe des Energiesatzes möglich:

Im Fall 1 beträgt vor dem Stoß die gesamte kinetische Energie

. Nachher ist die mechanische Energie null.

Im Fall 2 ist die gesamte kinetische Energie nur halb so groß wie im Fall 1 und nachher ist die mechanische Energie ebenfalls null.

Man könnte also meinen, dass die Energie, welche für die Zerstörung zur Verfügung steht größer ist. Man muss allerdings bedenken, dass sich im Fall 1 diese Energie gleichmäßig auf zwei Wagen verteilt. Somit ist die Zerstörung in beiden Fällen für einen Wagen die gleiche."

Das klingt erst mal logisch, aber muss man hier nicht eigentlich mit den relativen Geschwindigkeiten rechnen? Wenn ich mir vorstelle, dass das eine Auto nur steht und das andere mit 160 km/h darein fährt müsste das doch eigentlich dem obigen Fall entsprechen, oder?
Dann wäre aber die gesamte kinetische Energie doppelt so hoch, da v ja bei der Energie-Berechnung quadriert wird:

gegenüber

Daher würde ich sagen, dass das Fahren gegen ein Mauer aus energetischer Sicht besser ist als das Fahren gegen ein gleich schnelles Auto.
Die Frage habe ich schon häufiger in Foren gelesen, ich verstehe aber immernoch nicht, was an meinem Ansatz falsch ist. Wer kann's mir erklären?

MarkusB · Gast

jmd · Anmeldungsdatum: 28.10.2012 Beiträge: 577

Hallo

gegenüber

Du beobachtest den Vorgang in 2 verschiedenen Bezugssystemen
Aber was beobachtet man genau?

Es gilt,daß man in verschiedenen Bezugssystemen unterschiedliche Energien beobachten kann
aber die Energieänderungen die man beobachtet sind in jedem Bezugssystem gleich

Als Bilanz kann man sagen:Vorsichtig fahren Augenzwinkern

Gruß

Stromberg · Gast

Stromberg · Gast

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Bei einem Stoss tauschen die Körper Impuls aus und ein Teil der Energie wird dissipiert. Dabei gibt der eine Körper Impuls ab und der andere nimmt Impuls auf. Die im Stossprozess freigesetzte Energie muss von den beiden Knautschzonen aufgenommen werden.

Solange zwei identische Autos mit entgegen gesetzt gleicher Geschwindigkeit auf einander los prallen, kann man sich immer eine dünne Mauer zwischen den beiden Autos vorstellen, die durch den Stoss nicht bewegt wird. Damit wäre die oben gestellte Frage schon beantwortet. Um die Sicherheit auf der Strasse zu vergrössern, müssen aber bei allen Fahrzeugen die Knautschzonen optimiert werden.

Ich habe hier ein Beispiel zur Eisenbahn mit einer vollständigen Diskussion der zugehörigen Physik: https://www.youtube.com/watch?v=uTAllwCvpS8 Wer sich 20 Minuten Zeit nimmt, kann hier mehr zur Mechanik lernen als in mancher Physiklektion.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8762

Wenn die Frage wirklich so gestellt wurde, ist sie sehr schlecht gestellt (und auch sehr schlecht beantwortet): Selbst wenn sich die Mauer beim Aufprall nicht verformt, so muss sich aus Gruenden der Impulserhaltung das System Auto+Mauer zusammen weiterbewegen. Demnach waere die zur Verfuegung stehende Energie fuer den Schaden im ersten Fall groesser.

Natuerlich kann man eine 100% unflexible Mauer mit unendlicher Masse betrachten. In diesem Fall waeren 1.) und 2.) gleich... aber ob das in den meisten Situationen gegeben ist, sei mal dahingestellt.

Stromberg · Gast

Huggy · Anmeldungsdatum: 16.08.2012 Beiträge: 785

@Stromberg

Du sagst mit Recht, wenn man das Geschehen von zwei unterschiedlichen Bezugssystemen aus betrachtet, muss der physikalische Effekt derselbe sein. Der physikalische Effekt ist die Menge an kinetischer Energie, die in Deformationsenergie umgewandelt wird. Du hast nur die Umrechnung der Bezugssysteme nicht konsequent durchgeführt.

Bezugssystem 1
vor dem Stoß

Summe:

nach dem Stoß
Beide Autos bewegen sich mit gemeinsamer Geschwindigkeit

, Gesamtmasse = 2m

wegen Impulserhaltung

umgewandelte Energie

Bezugssystem 2
vor dem Stoß

Summe:

nach dem Stoß
Beide Autos bewegen sich mit gemeinsamer Geschwindigkeit

, Gesamtmasse = 2m

wegen Impulserhaltung

umgewandelte Energie

Die umgewandelte Energie ist also, wie es sein muss, unabhängig vom Bezugssystem! Der Knackpunkt ist, dass die Fahrzeuge im Bezugssystem 2 nach dem Zusammenstoß eine von 0 verschiedene gemeinsame Geschwindigkeit haben. Damit haben sie auch noch kinetische Energie. Und die muss von der kinetischen Energie vor dem Stoß abgezogen werden, um die umgewandelte Energie zu bejommen.

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Die kinetische Energie ist immer bezogen auf die Erde oder ein anderes Bezugssystem. Die eigentliche Stossdynamik hängt dagegen nur von der Relativgeschwindigkeit der beiden Körper ab. Eine verwandte Fragestellung hat man bei einer Kanone, welche eine Kugel von einem fahrenden Eisenbahnzug nach vorne abfeuert. Nimmt man hier den Unterschied zwischen der kinetischen Energie, die einmal vom fahrenden Zug und einmal von der Erde aus gemessen wird, kann man sich auf fragen, wieso diese Differenz so gross ist und wer diese Energiedifferenz aufzubringen hat.

http://www.youtube.com/watch?v=NyR4-GvyYYY

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Heute habe ich ein Video gefertigt, in dem die Problematik des Frontallaufpralls anhand einer konkreten Aufgabe thematisiert wird. Ich bin nach wie vor der festen Überzeugung, dass das Flüssigkeitsbild vieles klärt, was üblicherweise in einem Geflecht von Formeln versteckt ist:

https://www.youtube.com/watch?v=Ppp6Xu7KtN8