Weich abbremsen: Gurt, Airbag, Knautschzone
So gehst du vor
- 1Stelle das Tempo v und die Masse m des Insassen ein und wähle Schutz und Knautschzone. Mit „Vergleich“ läuft eine zweite Variante darunter mit.
- 2Tippe „Start“: Der Aufprall läuft in Zeitlupe. Beobachte, wann der Insasse abgebremst wird und wie groß der Kraftpfeil ist.
- 3Vergleiche im F-t-Diagramm die Flächen und die Spitzen. Die Tabelle nennt Bremszeit, Bremsweg, größte Kraft und Kraftstoß.
Was fällt, was prallt?
Roter Pfeil: Kraft von Gurt, Airbag oder Lenkrad auf den Insassen (gekappt, wenn er zu lang würde). Das Hindernis gibt nicht nach. Die Knautschzone wird beim weichen Auto um 60 cm gestaucht, beim harten um 35 cm.
Tempo v
50 kmhMasse m des Insassen
75 kgVariante A
Knautschzone
Variante B
Knautschzone
Zeitlupe
Kraft auf den Insassen
Die getönte Fläche unter der Kurve ist der Kraftstoß. Sie ist in allen Fällen gleich groß.
Geschwindigkeit
Je steiler die Kurve des Insassen fällt, desto größer ist die Kraft auf ihn.
Vergleich in Zahlen
| A: mit Gurt, weich | B: ohne Gurt, weich | |
|---|---|---|
| Bremszeit Δt (solange die Kraft wirkt) | 115 ms | 14 ms |
| Bremsweg x des Insassen | 80 cm | 12 cm |
| größte Kraft Fmax | 18,1 kN | 119,1 kN |
| als Vielfaches der Gewichtskraft | 25-fach | 162-fach |
| mittlere Kraft ΔpΔt | 9,0 kN | 74,9 kN |
| Kraftstoß (Fläche unter der Kurve) | 1 042 N · s | 1 042 N · s |
Ohne Gurt fliegt der Insasse weiter, während das Auto schon bremst. Nach 79 ms trifft er mit 46 kmh (gegenüber dem Auto) auf das Lenkrad, das nur wenige Zentimeter nachgibt.
Vereinfachtes Modell: Das Auto wird gleichmäßig abgebremst. Mit Gurt steigt die Kraft auf den Insassen an und fällt wieder ab (Dreieck), mit Airbag bleibt sie länger gleich (Trapez), weil der Gurtkraftbegrenzer nachgibt und der Airbag den Oberkörper auffängt. Für solche symmetrischen Kurven gilt Δt = 2 · xv.
Aufträge
- 50 kmh, 75 kg: Vergleiche „ohne Gurt“ mit „mit Gurt“. Wie groß ist jeweils die größte Kraft, und das Wievielfache der Gewichtskraft ist das? Warum sind die Flächen unter beiden Kurven trotzdem gleich groß?
- Mit Gurt ist die Kurve ein Dreieck. Lies Bremszeit und größte Kraft ab und berechne die Fläche 12 · Δt · Fmax. Vergleiche mit m · v.
- Stelle mit Gurt erst 35 kmh, dann 70 kmh ein. Wie ändern sich Kraftstoß, Bremszeit und größte Kraft?
- Vergleiche weiche und harte Knautschzone einmal mit Gurt und einmal ohne Gurt. Warum hilft die Knautschzone nur angeschnallten Insassen?
- Ei: Aus welcher Höhe darf ein Ei höchstens auf das Handtuch fallen, ohne zu zerbrechen? Erkläre mit dem Kraftstoß, warum es das Kissen aus jeder einstellbaren Höhe übersteht.