Aufgabensammlung Experimentalphysik

Bremsweg

Aufgabenstellung

Ein PKW bremst auf trockener, horizontaler Farbahn von seiner Anfangsgeschwindigkeit bis zum Stillstand ab. Dabei legt er den Bremsweg s_0 zurück. Treffen Sie Aussagen zum Bremsweg für die folgenden Situationen, indem Sie sich für eine der aufgeführten Aussagen entscheiden.

Hinweis: Es wird nur der in der jeweiligen Teilaufgabe genannte Parameter geändert. Alle anderen Größen entsprechen der oben beschriebenen Situation. Insbesondere ist die vom Bremssystem auf die Räder ausgeübte Kraft in allen Fällen identisch.

1. Der PKW sei mit der doppelten Anfangsgeschwindigkeit unterwegs.
   • Der Bremsweg beträgt 4\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 2\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 1\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 0{,}5\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 0{,}25\cdot s_0.
2. Die Masse des PKW werde verdoppelt.
   • Der Bremsweg beträgt 4\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 2\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 1\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 0{,}5\cdot s_0.
   • Der Bremsweg beträgt 0{,}25\cdot s_0.
3. Der PKW sei auf nasser Straße unterwegs, sodass die Reibung zwischen Rad und Straße verringert ist. Es kommt nicht zum Blockieren der Räder.
   • Der Bremsweg wird größer.
   • Der Bremsweg bleibt gleich.
   • Der Bremsweg wird kleiner.
4. Der PKW sei auf nasser Straße unterwegs, sodass die Reibung zwischen Rad und Straße verringert ist. Dabei blockieren die Räder und der PKW rutscht.
   • Der Bremsweg wird größer.
   • Der Bremsweg bleibt gleich.
   • Der Bremsweg wird kleiner.
5. Der Bremsvorgang geschehe auf einer Gefällestrecke.
   • Der Bremsweg wird größer.
   • Der Bremsweg bleibt gleich.
   • Der Bremsweg wird kleiner.
6. Während des Bremsvorgangs herrscht starker Gegenwind.
   • Der Bremsweg wird größer.
   • Der Bremsweg bleibt gleich.
   • Der Bremsweg wird kleiner.

Lösung

Beim Bremsen wird die kinetische Energie des PKW durch Reibungsarbeit in Wärme umgewandelt. Das Fahrzeug kommt zum Stillstand, wenn die gesamte ursprünglich vorhandene kinetische Energie auf diese Weise dissipiert wurde.

Der PKW sei mit der doppelten Anfangsgeschwindigkeit unterwegs.

Der Bremsweg beträgt 4\cdot s_0: Eine Verdopplung der Geschwindigkeit bewirkt eine Vervierfachung der kinetischen Energie. Bei gleicher Kraft vervierfacht sich der zum Aufbringen der Reibungsarbeit erforderliche Bremsweg.

Die Masse des PKW werde verdoppelt.

Der Bremsweg beträgt 2\cdot s_0: Der PKW hat in diesem Fall die doppelte kinetische Energie und benötigt entsprechend die doppelte Reibungsarbeit, um zum Stillstand zu kommen.

Der PKW sei auf nasser Straße unterwegs, sodass die Reibung zwischen Rad und Straße verringert ist. Es kommt nicht zum Blockieren der Räder.

Der Bremsweg bleibt gleich: An den wirkenden Kräften ändert sich in diesem Fall nichts. Solange die Reibung zwischen Rad und Straße ausreichend ist, dass die Räder nicht ins Rutschen geraten, tritt keine Verminderung der Bremswirkung auf.

Der PKW sei auf nasser Straße unterwegs, sodass die Reibung zwischen Rad und Straße verringert ist. Dabei blockieren die Räder und der PKW rutscht.

Der Bremsweg wird größer: In diesem wirkt nich die Bremskraft der Fahrzeugbremsen, sondern lediglich die (geringere) Gleitreibung zwischen Rädern und Straße.

Der Bremsvorgang geschehe auf einer Gefällestrecke.

Der Bremsweg wird größer: Die Hangabtriebskraft wirkt als zusätzliche beschleunigende Kraft. Zur Verminderung der Geschwindigkeit trägt nur der Teil der Bremskraft bei, der die Hangabtriebskraft übersteigt.

Während des Bremsvorgangs herrscht starker Gegenwind.

Der Bremsweg wird kleiner: Der PKW muss Arbeit gegen den Widerstand der entgegenströmenden Luft verrichten. Auch diese Arbeit wird aus dem Vorrat an kinetischer Energie des Fahrzeugs gespeist.