The Crumple Zone — Crushing Metal to Save Passengers

Mechanik Mittel Kostenlos VR · AR
The Crumple Zone — Crushing Metal to Save Passengers – Mechanik
The Crumple Zone — Crushing Metal to Save Passengers – Mechanik

Ein Crashtest-Auto fährt gegen eine Betonbarriere, am Steuer ein gelber Dummy, gehalten von einem Dreipunktgurt. Vier Schieberegler stellen die Masse des Autos (800–2500 kg), seine Aufprallgeschwindigkeit (20–100 km/h), die Länge seiner Knautschzone — des Vorderteils, das sich falten soll — von einer fast starren Front mit 0,10 m bis 0,80 m und die Masse des Dummys (50–100 kg) ein. Die Szene öffnet pausiert kurz vor dem Aufprall. Drücken Sie auf Abspielen, und der Aufprall läuft einmal ab, wie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera 40-mal langsamer als in Wirklichkeit gefilmt, bis Auto und Dummy in Ruhe sind; ziehen Sie die Zeitleiste zu jedem beliebigen Augenblick, und verschieben Sie einen Regler, um denselben Augenblick eines anderen Aufpralls zu sehen. Beobachten Sie, wie sich die blaue Front an der Barriere wie ein Akkordeon faltet, während die Fahrgastzelle unversehrt bleibt, wie der Gurt den Dummy hält, wenn sein Oberkörper nach vorn kippt, den rosa Pfeil der Kraft auf den Dummy und das Kraft-Zeit-Diagramm, das daneben entsteht.

So benutzt du diese Simulation

Worauf du achten solltest

Die Physik dahinter

Wie auch immer es gebaut ist, das Auto muss seine ganze Geschwindigkeit verlieren: 13,9 m/s bei 50 km/h. In diesem Modell wird die Front mit konstanter Kraft zusammengedrückt, das Auto bremst also gleichmäßig über die Knautschlänge L ab und steht nach t = 2L/v: nach 86 ms bei L = 0,60 m, nach 14 ms bei 0,10 m. Danach federt das gestauchte Metall ein wenig zurück und schiebt das Auto mit e × v von der Barriere weg, wobei die Stoßzahl e von 0,30 bei der starren Front auf 0,03 bei 0,80 m fällt; anschließend wird das Auto bis zum Stillstand gebremst. Der Impuls des Autos ändert sich um Δp = m v (1 + e), die mittlere Kraft ist F = Δp/Δt. Der angeschnallte Dummy bremst mit dem Auto ab, die Kraft auf ihn ist also seine eigene Masse mal dieselbe Verzögerung: 70 kg × 15,4 m/s ÷ 0,096 s = 11,3 kN (16 g) mit einer Knautschzone von 0,60 m gegenüber 67,6 kN (99 g) mit 0,10 m. Diese Kraft hängt überhaupt nicht von der Masse des Autos ab; sie wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit und proportional zur Masse des Insassen. Von den 116 kJ kinetischer Energie (½ × 1200 × 13,9²) kommt nur der Anteil e² im Rückprall zurück; der Rest — 114,6 kJ bei 0,60 m — wird durch bleibende Verformung, Schwingung und Erwärmung zu innerer Energie des verbogenen Metalls, dazu etwas Schall. Echte Crashpulse sind nicht flach: Das Modell verwendet ihren Mittelwert. Außerdem nimmt es an, dass der Gurt das Becken auf dem Sitz hält und den Oberkörper nur so weit kippen lässt, wie das Gurtband nachgibt.

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