Wwarum werden diese idealen Bedingungen nie erreicht?
Hallo,
Ich hätte eine Frage in Physik: Wir haben Aufgaben bekommen und ich bin mir bei der einen Aufgabe nicht so sicher bzw. weiß gar nicht, wie ich das erklären soll.
Die Aufgabe lautet: Ein Fahrzeug mit 1,4 t hat 150 PS.
a) Wie schnell kann es unter idealen Bedingungen aus dem Stand auf 100 km/h beschleunigen?
b) Warum werden diese idealen Bedingungen nie erreicht?
A habe ich schon ausgerechnet und bin auf fast 5s gekommen uns bei b hätte ich gesagt, dass vielleicht die Reibungskraft eine Rolle spielt, aber ich weiß es nicht genau. Deshalb wäre es wirklich sehr nett, wenn mir da jemand helfen würde...
Danke
4 Antworten
a) Das kriegt man über eine Energiebetrachtung raus.
100 km/h = 100/3,6 m/s = 27,78 m/s
Ekin = 1/2 * m * v^2 = 700 kg * (27,78 m/s)^2 = 540,2 kNm = 540,2 kJ
Die erforderliche Beschleunigungsarbeit Wb beträgt:
Wb = ΔEkin = 540,2 kJ
Für die Leistung P gilt:
P = W / t
t = W / P
P = 150 PS = 110,3 kW = 110,3 kJ/s
t = 540,2 kJ / 110,3 kJ/s = 4,9 s
b)
Wir müssen gucken, wann und warum die angegebenen Maximalleistung nicht zur Verfügung steht:
1) Beim Anfahren: Man kann nicht die volle Leistung direkt auf die Straße kriegen, weil dann die Räder durchdrehen würden.
2) Man fährt mit einem konventionellen Getriebe nicht dauernd in der optimalen Drehzahl. Nach jedem Schaltvorgang sinkt die Drehzahl etwas ab, die Maximalleistung steht nicht ganz zur Verfügung und sobald man die nenndrehzahl erreicht hat, muss man schon wieder schalten.
3) Jeder Schaltvorgang bringt für kurze Zeit eine Zugkraftunterbrechung mit sich. In dieser kurzen Zeit wird keine Beschleunigungsarbeit geleistet und diese Schaltzeiten fehlen am Ende.
4) Es kommt nie die volle Leistung des Motor an den Rädern an. Im gesamten Antriebsstrang von Kupplung über Getriebe über Differential und Antriebswellen treten Reibungsverluste auf, die die Leistung vermindern.
5) Die gesamte an den Rädern ankommende Leistung wird nicht in Beschleunigung umgesetzt. Ein Teil wird auch zur Überwindung des zunehmenden Luftwiderstandes benötigt.
b) Warum werden diese idealen Bedingungen nie erreicht?
da fallen mir diese Faktoren ein:
- steigender Luftwiderstand
- innere Reibung des Motors bzw. Getriebe
- Das Drehmoment von Verbrennungsmotoren hängt von der Drehzahl ab und ist nicht immer optimal - das bedeutet, dass die 150 PS nicht immer verfügbar sind.
- Keine Beschleunigung während des Gangwechsels - also beim Schalten...
b passt schon. Ein Teil der Energie geht als Reibung verloren, ein anderer als Wärme.
Na, Du hast's doch eigentlich schon ;-)
Die Reifen reiben an der Straße, die beweglichen Teile im Motor reiben am Gehäuse. Dabei entsteht Wärme.
Dazu noch der von Bartosz genannte Luftwiderstand. Das ist auch nichts anderes als Reibung (das Auto reibt an der Luft).
Das heißt ein Teil Deiner Energie wird in Wärme umgewandelt und kann nicht für Bewegung verwendet werden.
Reibung, Wärme, Luftwiderstand
Könntest du das vielleicht etwas genauer erläutern?