Energie und Widerstand eines Zuges (Allgemeines Forum)

ICE-T-Fan, Montag, 30.11.2009, 02:33 (vor 5873 Tagen) @ Fabian318
bearbeitet von ICE-T-Fan, Montag, 30.11.2009, 02:34

Wie genau kannst du denn kinetische Energie (in Joule) in ein Verhältnis zu Widerständen bzw. Kräften (in Newton), welche in einer ganz anderen Einheit gemessen werden, setzen?

Was mich auch stört: Wieso schreibst du: "Rollwiderstand = x Prozent der Gesamtenergie"? Eine Kraft ist keine Energie, es gilt nicht 1 Newton = 1 Newtonmeter, wie es denn nach deiner Aussage müsste.

Gesamtenergie:
E = Ek + s * (Fl + Fr)

Fl und Fr wirken aber doch nicht die gesamte Strecke konstant, so dass das das so nicht stimmen kann. Was soll 'E' überhaupt sein? Die benötigte Energie für die Strecke s oder bis zum Erreichen der Geschwindigkeit v? Oder gar abhängig von v und s?

Der Rollwiderstand ist laut vereinfachter Formel konstant und nicht geschwindigkeitsabhängig und der Luftwiderstand ist zwar geschwindigkeitsabhängig, aber die Geschwindigkeit v ist ja konstant und somit der Luftwiderstand auch.

Im Endeffekt habe ich nicht den Widerstand an sich in das Verhältnis zur Gesamtenergie (E) gesetzt, sondern die Rollwiderstandsenergie und die Luftwiderstandsenergie, die sich aus Rollwiderstandskraft und Luftwiderstandskraft sowie der zurückgelegten Strecke s ergeben.. siehe zitierte Formel

E = Ek + s * (Fl + Fr)

Also Gesamtenergie = kinetische Energie des Zuges plus zurückgelegte Strecke * (Rollwiderstandskraft + Luftwiderstandskraft)

Die kinetische Energie ist ja diejenigen Energie, die aufgebracht werden muss, um einen Körper mit einer definierten Masse in eine Bewegung mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu versetzen. (Kraft * Weg)

Man kann auch sagen, die kinetische Energie ist diejenige Energie, die ein sich bewegender Körper mit der Masse m bei einer Geschwindigkeit v besitzt.
Normalerweise ist die kinetische Energie für eine nicht beschleunigte Bewegung konstant.

Die abbremsenden Kräfte (Rollwiderstand, Luftwiderstand usw.) wandeln dann eigentlich eher die kinetische Energie in Wärme um, so dass entsprechend Arbeit geleistet werden muss, um die Geschwindigkeit zu halten.

Genau. Daher muss der Zug für eine definierte Strecke s eine bestimmte Energie aufbringen um diese beiden Bremskräfte zu kompensieren, damit die Geschwindigkeit v konstant bleibt.

Eher könnte man sich die Frage stellen, was für einer Strecke es bedarf, um mit reiner Reibung und reinem Luftwiderstand (bei geöffneter oder geschlossener Klappe ;-) ) das Fahrzeug zum Halten zu bringen und wie sich die Kräfte dann bei jeder Geschwindigkeitsstufe zueinander verhalten. Es wird nie anhlten, ist die Antwort.

Das Problem mit dem "nie anhalten" habe ich schon in einer anderen Diskussion gelesen -> http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/60484-brem...

Ich habe mal Rollwiderstand und Luftwiderstand nach deinen Berechnungen ins Verhältnis gesetzt, (FR / FWind):

40 km/h:
23,25

100 km/h:
3,78

160 km/h:
1,53

200 km/h:
0,97

250 km/h:
0,60

280 km/h:
0,48

300 km/h:
0,42

320 km/h:
0,37

Dürfte so etwa passen.

Also 200 km/h scheint der kritische Punkt zu sein, wo mein Beispielzug gleiche Roll- und Luftreibung hat. Die konstante Rollreibung fällt aber dann sehr schnell mit der Geschwindigkeit gegenüber der quadratisch anwachsenden Luftwiderstandsreibung ab.
Bei mehr als 400 km/h ist die Rollreibung vernachlässigbar klein, da dominiert dann nur noch die Luftwiderstandsreibung.