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Aufprallkraft berechnen - so gehen Sie vor

Aufprallkraft berechnen - so gehen Sie vor2:23
Video von Galina Schlundt2:23

Ein schwerer Gegenstand fällt im freien Fall auf den Boden oder ein Auto rast mit voller Geschwindigkeit gegen eine feste Wand. In all solchen Fällen lässt sich mit etwas physikalischen Grundkenntnissen die Aufprallkraft berechnen.

Was Sie benötigen:

  • Papier und Bleistift
  • evtl. Taschenrechner
  • evtl. Formelsammlung für Physik
  • etwas Zeit und Geduld
  • Grundkenntnisse der Mechanik

Aufprallkraft bei Wandcrash - so wird sie berechnet

  1. Am einfachsten können sie die Aufprallkraft berechnen, indem Sie sich kurz Gedanken über die Energie bei diesem Crash machen.
  2. Dort wird nämlich in sehr kurzer Zeit (tatsächlich sind es Zeiten unter 1 Sekunde) die gesamte kinetische Energie eines Fahrzeugs in Verformungsenergie umgewandelt, eine Folge der Aufprallkraft.
  3. In der Physik ist Kraft als umgesetzter Impuls pro dafür benötigter Zeit definiert, egal, ob Sie beschleunigen oder abbremsen, wie in diesem Fall. 
  4. In Formeln: F = p/t (mit p für Impuls; t für die Kontaktzeit und F als Kraft in der Einheit Newton (N)).
  5. Den Impuls eines Fahrzeugs berechnen Sie aus seiner Masse und seiner Geschwindigkeit, in Formeln: p = m * v (mit m = Masse in Kilogramm, v = Geschwindigkeit in m/s).
  6. Ein typisches Beispiel für solch einen Crash ist ein Fahrzeug mit einer Masse m = 800 kg, das mit einer Geschwindigkeit von v = 50 km/h = 13,89 m/s auf eine Wand auffährt. 
  7. Den Impuls des Fahrzeugs berechnen Sie zu: p = 800 x 13,89 = 11112 kgm/s
  8. Die Kontaktzeit beträgt für diesen Crash - wie beschrieben - unter einer Sekunde. Eine Zeit t = 0,5 s ist daher eine gute Annahme.
  9. Für die Aufprallkraft berechnen Sie F = p/t= 11112/0,5 = 22224 N, also mehr als 20000 Newton.
  10. Um ein Gefühl für dies Aufprallkraft zu bekommen, sollten Sie einen Vergleich machen: Sie müssen (etwa) die gleiche Kraft aufbringen, um 2000 kg, also 2 t zu heben. Dies verdeutlicht die enormen Kräfte, die bei solch einem Crash auftreten.

Aufprallkraft für freien Fall berechnen - so wird's gemacht

  1. In diesem Fall lassen Sie einen (schweren) Gegenstand aus einer bestimmten Höhe zu Boden fallen und wollen wissen, mit welcher Aufprallkraft er dort ankommt. 
  2. Bei diesem Aufprall zerspringen Gläser und verformen sich Bälle oder Knetkugeln- auch dies eine Wirkung der enormen Aufprallkraft.
  3. Prinzipiell spielt auch hier die enorm kurze Kontaktzeit auf dem Boden die entscheidende Rolle. 
  4. Allerdings müssen Sie zunächst aus den Gesetzen des freien Falls die Geschwindigkeit des Gegenstandes beim Aufprall auf dem Boden berechnen.
  5. Ein Beispiel: Sie lassen eine Wasserflasche (m = 1,2 kg) aus einer Höhe von h = 1 m zu Boden fallen.
  6. Aus dem freien Fall (Formelsammlung benutzen) berechnen Sie eine Geschwindigkeit von v = 4,5 m/s (gerundet), mit der diese Flasche den Boden erreicht.
  7. Der Impuls der Flasche beträgt dann p = m * v = 5,4 kgm/s.
  8. Eine Kontaktzeit der Flasche bei diesem Crash auf den Boden von t = 0,3 s ist realistisch.
  9. Damit berechnen Sie die Aufprallkraft F = p/t = 18 N.
  10. Auch hier sollten Sie einen Vergleich wagen: Die Flasche allein hat eine Gewichtskraft von etwa 12 N (Masse x Erdbeschleunigung). Durch den freien Fall sind also 6 N hinzugekommen. Dies entspricht immerhin 33 % Zunahme, selbst aus 1 m Höhe. 

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