Auto in der Kurve Kräfte?
Wenn man mit einem Auto schnell in eine rechtskurve fährt dann neigt es sich nach links. Woran liegt das und wie kann man es physikalisch korrekt beschreiben?
2 Antworten
Das Auto möchte aufgrund der Trägheit geradeaus weiter.
Einzig die seitliche Haftreibung zwischen Reifen und Strasse kann es auf der Rechtskurve halten.
Die Hauptbegründung ist:
Diese Haftreibungskraft gegen das Kurvenzentrum greift zuunterst an den Reifen an, und nicht etwa am Schwerpunkt!
Somit entsteht ein Drehmoment um eine horizontale Achse (der Schwerpunkt will geradeaus, eine Kraft ausserhalb des Schwerpunkt zieht Auto unten nach rechts.
Aufgrund der Federung neigt sich somit vom Reifen aus gesehen der ganze obere Teil des Autos nach links.
Und deshalb kippt das Auto auch um, wenn die Kurve zu schnell genommen wird und die Haftreibung gross genug ist (auf Glatteis kann das Auto nicht umkippen, weil die Haftreibung fehlt).
NEIN. Die Wirkungslinie kann gar nicht durch den Schwerpunkt gehen.
Die Haftreibungkraft kann nur dort angreifen, wo sie eben auftritt, also zwischen Reifen und Strasse, also absolut zuunterst.
Nur die Gravitationskraft "greift" im Schwerpunkt "an", wobei sie natürlich an jedem einzelnen Atom angreift, aber im Durchschnitt eben am Schwerpunkt.
Ah stimmt ja dann haben wir eine haftreibungskraft die senkrecht zur gravitationskraft ist, warum aber kippt es dann?
Eben, weil die Wirkungslinie der Kraft nicht durch den Schwerpunkt geht.
Ein Körper rotiert frei nur um Achsen, die durch den Schwerpunkt gehen. Dor ist also der Dreh"punkt". Und wenn die Kraft nebendurch zielt, dann will sich das Objekt drehen.
was wäre, wenn die Federn von Auto Starr wären?
dann neigt es sich nicht. Es kippt einfach plötzlich ohne Vorwarnung, wenn es zu schnell oder die Kurve zu eng ist.
Ein Drehmoment hat ja dieselbe Einheit wie Energie. Braucht man also für ein Drehmoment Energie?
Eine Frage hätte ich doch noch:
formel 1 Autos bspw fahren ja mit weicheren reifen um schneller durch die Kurve zu kommen weil die Auflageflöche größer ist. Aber haben wir nichtmal gesagt die reibunskraft( welche dafür sorgt das das Auto nicht wegrutscht) ist unabhängig von der Fläche sondern nur von der normalkraft?
Nein. Dass beides die Einheit Newtonmeter hat, ist ein "dummer" physikalischer Zufall. Die beiden Grössen haben total verschiedene "Naturen":
- Energie oder Arbeit ist ein Skalar (eine Zahl), entstanden aus dem Skalarprodukt der zwei Vektoren Kraft mal Weg.
- Drehmoment ist ein Vektor, entstanden aus dem Kreuzprodukt oder Vektorprodukt der zwei Vektoren Kraft X Hebelarm. Er steht senkrecht zur Ebene aus Hebel und Kraft, also parallel zur Drehachse. Wenn man dies als Skalarprodukt verstehen würde, ergäbe es immer null, weil beim Drehmoment Hebelarm und Kraft per Definition senkrecht zueinander stehen.
- Noch eine Erklärung mit Formeln: Drehmoment macht ja nur in Verbindung mit einer Drehbewegung Sinn. Also mit einer Winkelgeschwindigkeit omega. Mit den Formeln E/t=P=M*omega bekommt man für M=E/t/omega. t hat die Einheit Sekunden, omega (Winkelgeschwindigkeit) hat die Einheit 1/Sekunde. Eigentlich müsste also das Drehmoment M folgende Einheit haben: NewtonMeter pro Sekunde mal Sekunde. Diese beiden Einheiten kürzen sich also dummerweise und zufällig weg, womit dann nur NewtonMeter übrigbleiben.
Ja das stimmt in der Theorie, dünne und breite Reifen sollten die gleiche Haftreibungskraft erzeugen. Aber bei Rennreifen versagt die modellhafte, "exakte" Wissenschaft. Ich zitiere nur sinngemäss aus https://de.wikipedia.org/wiki/Rennreifen:
Bei Wahl der richtigen Gummimischung können durch eine Art „Verzahnungseffekt“ Kräfte übertragen werden, die höher sind als [aufgrund der Gewichtskraft] des Fahrzeugs [zu erwarten]... Verstärkt wird diese Haftung durch einen Klebeeffekt, der sich erst im Verlauf einer Rennveranstaltung einstellt, wenn zunehmend Gummiabrieb am Straßenbelag haften bleibt.
Oder kann man vielleicht auch sagen durch die breitere auflageflöche wird das Drehmoment eingedämmt?
Nein, das hat keinen Zusammenhang.
Gegen das "Umfall"-Drehmoment hilft der tiefliegende Schwerpunkt.
Ja gut das stimmt aber wenn der Schwerpunkt an gleicher Stelle ist und das Auto viel breiter dann fällt es doch trotzdem schwerer um oder nicht?
ok sorry das ich dann nochmal Nachfrage, aber warum hat es dann keinen Zusammenhang? Durch die weicheren reifen hätte das Auto mehr auflageflöche und wäre breiter, das heißt es wäre mehr Drehmoment nötig um es umzuschmeißen im Vergleich zu den harten Reifen oder?
Ich dachte, du sprachst von der breiten Auflagefläche der einzelnen Reifen, also den breiten Reifen.
Das mit dem Drehmoment hat aber mit der Breite des Wagens im Vergleich zur (niedrigen) Höhe des Schwerpunkts zu tun; egal wie breit die Reifen sind; deshalb sagte ich "keinen Zusammenhang".
Aber wenn die Reifen breiter werden liegt der Schwerpunkt ja auch niedriger
Das Gewicht verteilt sich auf die gesamte Breite des Autos ich dachte je mehr Gewicht außen liegt desto tiefer der SP
Schwerpunkt ist der Masse-Mittelpunkt.
Wenn ein Körper nur breiter wird, bleibt der Schwerpunkt auf gleicher Höhe.
Aber natürlich wird das Verhältnis von Höhe zu Breite besser, und damit verbessert sich die Standfestigkeit (Schutz gegen das Umkippen).
Beim Rennwagen geht der Schwerpunkt nur nach unten, wenn unterhalb des momentanen Schwerpunkts mehr Masse hinzugefügt wird als oberhalb. Theoretisch also: Wenn der Schwerpunkt oberhalb der Achse liegt und dünne durch breite Reifen ersetzt werden, dann kommt unterhalb des Schwerpunkts etwas mehr Masse hinzu als oberhalb. Und ja, damit kann sich der Schwerpunkt ganz leicht nach unten verschieben. Falls er aber schon unterhalb der Achse war, wird er durch breitere Reifen sogar höher als vorher.
Ok eine letzte Sache:
du sagtest ja das die Reibungskraft unabhängig von der auflagefläche ist. Aber in dem Fall würde das nicht „ganz so passen“. Heißt das jetzt das mit der auflageflöche ist nicht so allgemeingültig oder warum passt das hier nicht ganz?
ich hatte mir nämlich überlegt das die Rollreibung ja abhängig von Fn und dem haftreibungskoeffieziwnten ist. Allerdings weiß ich nicht welche Größen beim Koeffizienten eine Rolle spielen ..
Nicht wieder vermischen:
Für die Kurvenhaltung ist die seitliche Haftreibung verantwortlich (senkrecht zur Bewegungsrichtung).
Rollreibung wirkt in Richtung der Bewegung bzw. ihr ent gegen, sonst nichts.
Ok
ehm hm tut mir leid falls das jetzt so aus dem Kontext gegriffen ist aber ich hatte noch eine andere frage, hat nicht direkt hiermit was zu tun aber dann muss ich vielleicht nicht extra eine neue Frage stellen denn ich denke du kannst mir helfen:
Wenn ich mit dem Auto fahre und hinten im Kofferraum bspw. Ein Paket liegt und ich bremse dann bleibt das Paket an Ort und stelle. Bremse ich nun stärker so wird das Paket nach vorne rutschen.
woran genau liegt das bzw. Wie kann man es mit kraftpfeilen darstellen?
Ich hatte es mir halt so überlegt das die Reibungskraft überwunden werden muss. Jetzt ist es ja so wenn ich bremse zeigt die Bremskraft ja in Richtung „nach hinten“. Also von den Vorderreifen zu den Hinterreifen. Die Reibungskraft aber zeigt doch auch in dieselbe Richtung. Was genau ist an meiner Idee falsch?
Bitte nicht...Diese Frage hab ich gesehen, aber bisher keine Zeit.
Stell sie doch nochmal, vielleicht gibt's noch mehr Antworten.
Es wirkt als Folge der Zentripetalkraft und der Massenträgheit eine Zentrifugalkraft auf den Massenschwerpunkt nach außen. Da der Schwerpunkt deines Fahrzeuges nicht auf Bodenhöhe sondern darüber liegt (abhängig von der Fahrzeuggeometrie), ergibt sich ein Drehmoment (Zentrifugalkraft x Höhe des Schwerpunktes) nach außen. Wie stark sich das Fahrzeug neigt ist abhängig, wie groß die Gegenkräfte sind (Federn und weitere Fahrwerkskomponenten).
Aber die zentrifugalkraft ist keine echte Kraft darüber kann man es nicht erklären
Die Zentrifugalkraft ist das Resultat bzw. Effekt der Zentripetalkraft (Kraftübertragung der Reifen, die eine Richtungsänderung des Fahrzeugs erzwingen) auf den Massenschwerpunkt. Die Zentripetalkraft ist aber eine "echte" Kraft.
Aber greift die Kraft nicht mittig unter dem Schwerpunkt an? Das heißt die wirkungslinie geht durch denn Schwerpunkt.
Warum kippt es. Dann?