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Aufgabe

Frontalaufprall eines Autos

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Im folgenden Zeitschriftenartikel ist der Ablauf eines Frontalunfalls mit und ohne Gurt sehr anschaulich beschrieben:

Sie fliegen noch, wenn der Wagen steht!

Nehmen wir an, Sie sitzen in einem Mittelklassewagen und fahren mit 50 km/h gegen einen Baum oder ein gleich schweres, gleich schnelles Fahrzeug. Dann wird das Vorderteil des Wagens um ca. 60 cm zusammengedrückt.
Auf diesen 60 cm "Bremsweg" kommt das Auto zum Stehen.
Sie haben zum Zeitpunkt des Aufpralls die gleiche Geschwindigkeit wie das Fahrzeug. Ohne Gurt schießen Sie also mit 50 km/h weiter nach vorn.
Gut, die Reibung auf dem Sitz bremst Sie geringfügig ab. Und vielleicht haben Sie den Unfall kommen sehen und können sich 60 Millisekunden lang abstützen.
Doch das hilft auch nicht viel - Sie fliegen unaufhaltsam weiter. Sie treffen erst dann auf das Armaturenbrett, wenn der Wagen schon zerknautscht und zum Stehen gekommen ist. Ihr Bremsweg ist daher nicht länger als 4 cm (so weit beult sich ein Armaturenbrett ein).

 

Der Aufprall ist so stark, als habe eine 4-5 Tonnen schwere Keule zugeschlagen. Und wenn Ihr Kopf gegen den unnachgiebigen Dachrahmen prallt, ist der Schlag noch viel stärker und auf jeden Fall tödlich.
Anders mit Gurt. Hier werden Sie aufgefangen, bevor Sie das Armaturenbrett, den Dachrahmen oder die Windschutzscheibe erreichen. Sie werden abgebremst, weil der Gurt sich 20-25 cm dehnt. Und Sie werden zusätzlich abgebremst, weil Sie von Anfang an mit dem Fahrzeug verbunden sind. Deshalb können Sie an der Verzögerung des Wagens teilnehmen und so von der energieverzehrenden Knautschzone profitieren.
Und deshalb müssen Sie Sicherheitsgurte anlegen - und zwar immer!
Schon bei einem Aufprall von 20 km/h kann der Kopf die Windschutzscheibe durchbrechen. Dann kommt es zu schweren Augen- und Gesichtsverletzungen.

Überprüfe rechnerisch die im Zeitungsartikel gemachte Aussage.

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Im Zeitungsartikel wird die Aussage gemacht, dass der Aufprall so stark ist, als habe eine 4-5 Tonnen schwere Keule zugeschlagen. Damit scheint gemeint zu sein, dass auf einen Insassen beim Aufprall ein Kraft wirken soll, die so groß wie die Gewichtskraft einer Masse von \(4\) bis \(5\,\rm{t}\) ist. Dies wollen wir rechnerisch überprüfen.

Gegeben sind also die Anfangsgeschwindigkeit \({v_0} = 50\,\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}} = \frac{{50}}{{3{,}6}}\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} = 14\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\), die Endgeschwindigkeit \(v=0\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\) sowie die Bremsstrecke \(\Delta x = 4\,{\rm{cm}} = 0{,}04\,{\rm{m}}\). Aus der Gleichung\[{v^2} - {v_0}^2 = 2 \cdot a \cdot \Delta x \Leftrightarrow a = \frac{{{v^2} - {v_0}^2}}{{2 \cdot \Delta x}}\]ergibt sich durch Einsetzen der gegebenen Werte die Verzögerung\[a = \frac{{{{\left( {0\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}} \right)}^2} - {{\left( {14\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}} \right)}^2}}}{{2 \cdot 0{,}04\,{\rm{m}}}} =  - 2450\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^2}}}\]Gehen wir von einer Masse des Insassens von \(m=80\,\rm{kg}\) aus, so ergibt sich für den Betrag der wirkenden Kraft\[F = m \cdot a \Rightarrow F = 80\,{\rm{kg}} \cdot \left( {2450\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^2}}}} \right) = 196000\,{\rm{N}}\]Dies entspricht sogar der Gewichtskraft von fast \(20\,\rm{t}\).

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Kraft und Bewegungsänderung