Physik im Straßenverkehr (1)

Kennen Sie das Newton'sche Bewegungsgesetz für den Straßenverkehr?

Wer später bremst, fährt länger schnell.

Dieser Gag ist uralt, und man kann sich darüber streiten, ob er lustig ist oder nicht. Auf jeden Fall ist er ein Klassiker und ich kam nicht drum rum ihn in diesem Thema zu erwähnen.

Selten spielt für uns die Physik eine so offensichtliche und große Rolle wie im Straßenverkehr.
Wir fahren eine Strecke entlang , der Tacho zeigt uns die Geschwindigkeit , die Beschleunigung drückt uns in den Sitz,...
Wissen Sie noch, was diese Begriffe konkret bedeuten? Wenn nicht wiederholen wir sie jetzt. Falls doch, naja, dann lesen Sie ruhig trotzdem weiter.
Strecke oder Weg sind eigentlich einleuchtende Begriffe. Man kann sie zwar sehr kompliziert definieren, aber diese Feinheiten sind hier irrelevant.

Wie sieht's mit der Geschwindigkeit aus? Wissen Sie noch wie man das definiert. Wer mit Physik zu tun hat (Physiker, Ingenieure, Freaks, Geeks und Nerds), wendet gerne einen Trick an: Wenn man die Maßeinheit einer Größe kennt, kann man daraus oft die Definition der Größe ablesen.
Im Straßenverkehr ist die Maßeinheit für die Geschwindigkeit bekanntermaßen das "Ka em ha". "km" sind die Kilometer, "h" sind die Stunden. Angenommen, die Kilometerzahl ist 100 und wir rechnen mit einer Stunde. Richtig, das wären dann 100 Stundenkilometer. Und wenn die km-Zahl 200 ist und wir mit 2 Stunden rechnen? 2 Stunden, 200 km, das wären ja dann 400 Stundenkilometer...

Da stimmt doch was nicht!!!

Richtig. Wozu wir immer "k-m-h" sagen, oder was noch viel schlimmer ist, Stundenkilometer (was bitte soll denn ein Stundenkilometer sein?), ist eigentlich "k-m-/-h", "Kilometer IN EINER (oder pro) Stunde". Und natürlich, wenn wir in 2 Stunden 200 Kilometer zurücklegen, sind wir genau so schnell, wie wenn wir 100 Kilometer in einer Stunde zurücklegen: nämlich 100 km/h.

Sind wir das wirklich?

Gut aufgepasst. Korrekt muss es heißen, "Wir hatten eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 100 km/h". Wir können auch die erste Stunde nur mit 40 hm/h gefahren sein, dafür aber die zweite Stunde auf der äußersten Fahrspur mit 160 Sachen die Autobahn unsicher gemacht haben.
Geschwindigkeit selber ist etwas "momentanes", daher spricht man auch oft von der "Momentangeschwindigkeit". Um die Momentangeschwindigkeit zu bestimmen, misst man einen ganz kleinen Weg, der während einer ganz kurzen Zeit (nahe dem interessierenden Moment) zurückgelegt wurde. Je kürzer gemessener Weg und gemessene Zeit, um so genauer das Ergebnis. Man spricht von einem "Grenzwertprozess".
Und damit ist die allgemein Bekannte Formel in Erinnerung gerufen:

v= s/t

Geschwindigkeit ist also der zurückgelegte Weg ("s") durch ("/") die dafür benötigte Zeit ("t"). Diese Formel gilt auf jeden Fall, wenn man nicht beschleunigt. Man sagt dann, die Geschwindigkeit ist konstant (das bedeutet gleichbleibend). Ist sie das nicht, muss man, wie oben angedeutet möglichst kleine Stücke betrachten um ein möglichst genaues Momentan-Ergebnis zu erhalten.

Eine einfache Anwendungsaufgabe: "Wie lange sind Sie noch unterwegs, wenn Sie 400 km von ihrem Ziel entfernt sind und mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit von 100 km/h fahren können?" Bei solchen Fragen wissen manche Leute bei ihrer Vordiplomsprüfung schon keine Antwort mehr. Schwer zu verstehen...

Bleibt noch eins: Was ist Beschleunigung?
Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit (mit der Zeit). Wenn Sie keine gleichbleibende Geschwindigkeit haben, dann müssen Sie beschleunigen oder beschleunigt haben. In Autoquartetts gibt es immer die sehr interessante Rubrik "Beschleunigung von 0 auf 100 (km/h)". Damit wird angegeben, wie lange ein Auto braucht um von 0 km/h auf 100 km/h zu beschleunigen. Es wird nicht die Beschleunigung selbst angegeben. Auch bei der Beschleunigung unterscheidet man die gleichmäßige Beschleunigung und die, richtig, ungleichmäßige Beschleunigung. Mit der ungleichmäßigen Beschleunigung kann man nicht gut rechnen. Nichts desto trotz ist so ziemlich jede Beschleunigung, der Sie im Straßenverkehr begegnen, ungleichmäßig. Ein Beispiel für eine gleichmäßige Beschleunigung ist die Erdbeschleunigung in nicht allzu großer Höhe (und deshalb waren auch die meißten Beschleunigungsaufgaben in der Schule "Fall-Aufgaben").
Bremsen ist in der Physik übrigens auch eine Beschleunigung, eben eine negative. Wie gesagt, Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit mit der Zeit. Wie für die Geschwindigkeit können wir auch hier eine ähnliche Formel hinschreiben:

a= v/t = s/t²

Hier ist "a" die Beschleunigung und die anderen Größen sind ja bekannt. ("t²" bedeutet "t*t")
Und auch hier gilt wieder: Um die Momentanbeschleunigung zu bestimmen, muss ich die betrachteten Größen möglichst klein machen.

Soweit Teil 1. Nächstes mal geht es um Trägheit. Aber im darauffolgenden Post gibt es dann "Physik im Straßenverkehr (2)", und dann können wir uns mit den interessanten Dingen beschäftigen.

Aber: Augen auf im Straßenverkehr! Denn wir sind ja erst mit der Einführung fertig...

Gute Fahrt,
Christian