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Aufgabe

Fahrstil und Kraftstoffverbrauch

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Abb. 1 Zeit-Geschwindigkeits-Diagramme von zwei Autofahrern mit unterschiedlichen Fahrstilen

In der Animation in Abb. 1 sind die Zeit-Geschwindigkeits-Diagramme von zwei Autofahrern mit unterschiedlichen Fahrstilen dargestellt.

a)Beschreibe qualitativ die Fahrweisen der beiden Fahrer.

b)Vergleiche die Fahrtstrecken der beiden Fahrer in dem dargestellten Zeitintervall.

c)Erläutere, wie sich der Fahrstil auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.

d)Mache physikalisch begründete Vorschläge für energiesparendes Fahren.

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a)Der Fahrer des linken Diagramms fährt mit konstanter Geschwindigkeit (in der Praxis nicht immer möglich). Der Fahrer im rechten Diagramm beschleunigt und bremst wiederholt.

b)Beide Fahrer legen im betrachteten Zeitintervall in etwa die gleiche Strecke zurück. Den zurückgelegten Weg erhält man aus der Fläche unter dem jeweiligen t-v-Graphen. Mit Hilfe des eingezeichneten Gitters lässt sich die Fläche unter dem Graphen gut ermitteln und vergleichen.

c)In Beschleunigungsphasen ist der Verbrauch proportional zur Masse des Autos und zum Quadrat der Geschwindigkeit. Hektisches Beschleunigen und Abbremsen benötigt mehr Energie als das Fahren mit konstanter Geschwindigkeit.

Bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit hängt nur die Rollreibungskraft von der Masse ab. Der Luftwiderstand hängt nicht von der Masse, sondern vom cw-Wert und der Widerstandsfläche A ab. Wie stark der Verbrauch beim schwereren Auto gegenüber dem leichten ansteigt, hängt von dem Anteil der Rollreibungskraft ab, der je nach Fahrsituation (innerstädtisch, Überland, Autobahn) zwischen 20% und 30% der gesamten Fahrwiderstandskraft liegt.

d)Vermeidung von unnötigem Ballast im Auto: Eine Erhöhung der Radlast führt zu mehr Biege- und Scherbewegungen in der Lauffläche der Reifen, was Energie kostet.

Auf den richtigen Luftdruck im Reifen achten: Zu geringer Druck führt ebenfalls zu mehr Biege- und Scherbewegungen in der Lauffläche der Reifen.

Vermeidung von starken Beschleunigungs- und Bremsmanövern: Auf diese Weise vermeidet man Energieverluste durch aufzubringende Beschleunigungsarbeit.

Mit nicht zu hoher Geschwindigkeit fahren: Dadurch hat man eine geringere Luftreibungskraft und auch die Biege- und Schwerbewegungen der Lauffläche sind geringer.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Arbeit, Energie und Leistung