Abtrieb Autos?
Wenn ein Auto fährt wirkt auf es die gravitationskraft und der Luftwiderstand und die Reibung.
Man hört ja oft gerade bei Rennwagen das das Auto bei höheren Geschwindigkeiten stärker an den Boden gedrückt wird. Wir genau kommt das? Und wirkt da wirklich eine Kraft senkrecht auf den Boden?
7 Antworten
Hier die zweite Antwort aufgrund der Nachfrage auf meine erste Antwort.
Das mit den Kräftediagramm ist nicht so trivial.
Denn es ist kein statisches Phänomen wie meist bei Kräftedigrammen, sondern ein dynamisches. Die Kraft kommt nur durch die Bewegung zustande.
Deshalb ist das Kräftediagramm auch nicht ein Gleichgewichtsdiagramm wie üblich.
Aber man kann es verstehen, wenn man sich vorstellt, wie sich das Auto als "Keil" durch die Luft "pflügt".
Der Keil drückt die Luft aufgrund seiner schrägen Form nicht nach vorn, sondern schräg nach oben (ähnlich einer Normalkraft). Oder die Luft drückt in Gegenrichtung auf den Keil (nach unten). Dadurch kann man sich eine horizontale Komponente und eine vertikale vorstellen.
Das zweite Bild habe ich im Internet gefunden, ich habe nirgends etwas präziseres gefunden.
Ganz exakt ist das wohl nicht, die Zusatzkraft wirkt wohl nicht senkrecht nach unten, jedenfalls nicht vom Schwerpunkt aus. Das Auto darf auch nicht mehr als Massepunkt aufgefasst werden.
Genau genommen entsteht sogar ein Drehmoment, welches um das Hinterrad als "Drehpunkt" wirkt. Dadurch verlagert sich "das Gewicht" des Autos vom Vorderrad aufs Hinterrad (ein hohes Auto würde ja sogar auf den Rücken kippen). Dies würde für eine schräg nach hinten unten wirkende Kraft sprechen.
Aber der erwünschte und eintretende Effekt ist auf jeden Fall, dass das angetriebene Hinterrad stärker zu Boden gedrückt wird und so die Haftung und die Antriebskraft grösser sein kann.
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Wer sie? Oder "Sie"?
Hier sind wir per Du.
Das war eben ein statisches Problem. Komponentenzerlegung ist immer erlaubt, wenn sie hilft, ein Problem zu analysieren. Das heisst nicht zwingend, dass physisch tatsächlich genau diese Kräfte (Angriffspunkt, Richtung) wirken.
Die Schiefe Ebene möchte ich jetzt aber nicht hier erörtern, es passt nicht in diese Problemstellung.
Du hast ja bei dem Auto oben auch kräftepfeile eingezeichnet. Und zwar den der senkrecht zur Motorhaube steht. Den hast du dann in zwei Komponenten zerlegt.
Aber müsste nicht die tatsächlich wirkende Kraft ein Pfeil sein der parallel zur Fahrbahn auf die Motorhaube wirkt? Weil dass ist ja der Luftwiderstand. Warum also geht man über diesen senkrecht zur Motorhaube stehenden Pfeil?
Bzw ich meine die kräftezerlegung würde ja suggerieren dass es ab einem bestimmten Winkel der Motorhaube keinen Luftwiderstand als bremsende Kraft mehr geben würde richtig?
Wenn man bspw den Spritverbrauch eines Autos berechnen will muss man ja bei einer bestimmten Geschwindigkeit den Luftwiderstand bestimmen. Würde hierbei dann nur die horizontale Komponente das Auto bremsen bzw. wie könnte man das berechnen ?
Zur letzten Nachfrage:
Annahme: horizonale Ebene, kein Rollwiderstand.
Dann kann man die Leistung des Luftwiderstands genau berechnen, wenn man den Luftwiderstandskoeffizienten Cw des Fahrzeugs kennt. Genau diese Leistung muss der Motor aufbringen, um das Fahrzeug auf konstanter Geschwindigkeit zu halten. Hier die Formel
http://www.physik-und-wirtschaft.de/benzin01/Luftwiderstand.html
Von dieser Leistung über die Leistungskurve des Motors kann man dann auf den Benzinverbrauch pro Zeit oder pro Strecke schliessen.
Übrigens:
Diese Luftwiderstandsleistung steigt mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit!
Wenn ich also 126km/h statt 100km/h fahre, leistet der Motor schon das Doppelte!
Aber wegen des Zeitgewinns bei schnellerem Fahren steigt der Energieverbrauch dann "nur" mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.
Ja das macht Sinn aber war mein Bezug auf die Physik richtig? Denn die Motorhaube ist ja schief und daher haben wir ja gesagt entstehen eine Bremskraft und eine Abtriebskraft. Muss man nur den horizontalen Anteil zur Berührung benutzen oder steckt eben genau dieser Wert in dem Cw drin?
Der Cw-Wert wird im Windkanal ermittelt. Damit wird "automatisch" berücksichtigt, welcher Anteil zum Bremsen des Fahrzeugs beiträgt. Das hängt natürlich von jedem aerodynamischen Detail ab, auch Spoilern und jeder andern Abweichung von einer idealen Stromlinienform.
Ok vielen Dank :) könntest du vielleicht bei einer anderen frage von mir nochmal reinschauen ? Die hatte ich gestern gestellt da ging es um Energie im Kondensator aber was anderes als meine Fragen vorher dazu..
- Damit ein Auto bei höheren Geschwindigkeiten stärker zu Boden bedrückt wird, braucht es den Spoiler
- Ohne Spoiler würden die meisten Rennwagen nämlich quasi abheben, weil hier der Flugzeugflügeleffekt wirken würde: Weil die Luft obenrum den längeren Weg hat, hat sie den kleineren Druck als untenrum. Das gibt Auftrieb wie beim Flugzeugflügel. Ein solcher Rennwagen würde also nur noch schleudern.
- Spoil heisst verderben. Der Spoiler verdirbt oder bekämpft also diesen Auftriebs-Effekt, erhöht aber leider gleichzeitig den gegen die Fahrrichtung wirkenden Luftwiderstand.
Bzw wie kann man das korrekt nach Newton
Mit kräftepeilen beschreiben. Wenn bspw ein luftteilchen auf eine schräge Motorhaube trifft
Ich schreibe eine zweite Antwort, weil man hier keine Bilder einfügen kann.
> Wir genau kommt das?
Genau: Wie bei einer Tragfläche.
Angenähert: Stell' Dir vor, dass der Luftwiderstand auf die schräge Motorhaube drückt - und am Heck auf einen schräg gestellten Heckspoiler.
> Und wirkt da wirklich eine Kraft senkrecht auf den Boden?
Jein. Es wirkt eine Kraft schräg, und die kann man zerlegen in zwei Komponenten, die senkrecht aufeinander stehen. Deren eine wirkt entgegen der Fahrtrichtung (d.h., sie bremst), die andere senkrecht dazu - entweder Auf- oder Abtrieb, je nach Ausformund der "Tragfläche"
Aber das funktioniert quasi nur wenn die Motorhaube oder der Spoiler schräg sind oder?
Korrekt. Und wenn man den Spoiler falsch eingebaut hat, hebt das Auto ab...
Und warum wirkt die Kraft schräg ? Denn eigentlich wirkt der Luftwiderstand doch parallel zur Fahrtrichtung
Wenn das Luftmolekül auf die schräge Fläche trifft, wird die Kraft aufgeteilt in zwei Komponenten. So ähnlich wie die Gewichtskraft an der schiefen Ebene.
Ja wie kann man es sich aber zeichnerisch vorstellen? Der kraftpfeil zeigt unter einem bestimmten Winkel auf die Motorhaube. In welche Richtungen zeigen dann die anderen beiden?
Grundsätzlich beliebig - sinnvoll ist meist die Zerlegung in eine Kraft gegen die Fahrtrichtung und eine senkrecht nach unten (beim Abtrieb) bzw. oben (beim Auftrieb).
Ja aber zb die Zerlegung sagt ja aus dass da wirklich zwei Kräfte wirken müssen eine nach unten und eine nach vorne aber in Wirklichkeit wirkt ja nur die kraft parallel oder nkcht ?
Ich glaube, ich sehe jetzt den Punkt. Mit "Der kraftpfeil zeigt unter einem bestimmten Winkel auf die Motorhaube." Meintest Du wahrscheinlich, dass er parallel zur Fahrbahn sei. Ist er aber nicht, wenn das Auto oben schräg und unten gerade ist.
Dann hat der Luftwiderstand eine Komponente parallel (die bremst) und eine senkrecht zur Bewegungsrichtung (die gibt Auf- oder Abtrieb)
Ja das stimmt aber rein theoretisch treffen die Teilchen also luftteilchen ja nicht im rechten Winkel auf die Motorhaube sondern schräg und somit müsste der kraftpfeil eben doch parallel zur Fahrbahn sein oder. Nicht?
Wirf einen Ball statt eines Luftmoleküls und berechne oder zeichne dassen Geschwindigkeitsänderung. Dazu muss die Schräge eine Kraft ausüben, und wegen actio gleich reactio wirkt eine Kraft in Gegenrichtung auf die Schräge.
Wenn man bspw den Spritverbrauch eines Autos berechnen will muss man ja bei einer bestimmten Geschwindigkeit den Luftwiderstand bestimmen. Würde hierbei dann nur die horizontale Komponente das Auto bremsen bzw. wie könnte man das berechnen ?
Korrekt - nur die horizontale Komponente bremst. Und nur diese geht in den Luftwiderstandsbeiwert cw ein.
Berechnen kann man das nur, indem man an einem Modell im Windkanal den cw-Wert misst.
Der Spritverbrauch wird ohnehin nicht berechnet, sondern gemessen - mit allen Tricks. Und viele der Tricks sind ganz legal.
Vielen vielen Dank also einfach diese Komponente Cw wäre dann bei eine senkrechten gedachten motorhaube quasi 1?
Nein. Kuckst Du hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Str%C3%B6mungswiderstandskoeffizient#cw-Werte_von_typischen_K%C3%B6rperformen
Irgendwas zwischen "langes Rechteck" und "Quadrat" wäre dann die senkrechte Motorhaube.
Dann musst Du halt von
https://de.wikipedia.org/wiki/Str%C3%B6mungswiderstandskoeffizient
den Anfang lesen.
Also es geht hauptsächlich um das aerodynamische Verhalten des Körpers oder? Und halt damit verbunden auch die kraftkomponente in horizontaler Richtung oder?
Auf ein Fahrzeug wirken Luftwiderstand und Fahrwiderstand.
Mit zunehmender Geschwindigkeit wirkt der Luftstrom unter das Fahrzeug als Auftrieb und kann nur durch bestimmte konstruktive Maßnahmen verringert werden (z- B. Tieferlegen, Spoiler).
Durch die Spoiler und die Aerodynamik des Wagens kommt der Anpressdruck. Ja, die Kraft wirkt senkrecht auf dem Boden...so ist die Aerodynamik ja ausgelegt...bei flugzeugen macht man das gegenteil...warum, kannst dir selber denken oder?
Autos sollen auf dem boden bleiben und Flugzeuge eben eher nicht. ;)
Das macht Sinn aber sagten sie nicht damals bei der Frage zur schiefen Ebene, dass eine Zerlegung der Kraft in zwei Komponenten nach Newton nicht korrekt sei?