a < g in der Formel 1???

Hallo Zusammen,

ich schreibe eine Facharbeit in Physik über das ABS. Darin muss ich auch auf die Beschleunigung eingehen.
Theoretisch ist es nicht möglich, dass a > g ist (Beschleunigung des Wagens größer als die Erdbeschleunigung).
Dabei bin ich mir sicher, dass die Boliden von Schumi und Co. mehr als eine Beschleunigung von 9,81 m/s² schaffen.

Kennt sich da jemand vielleicht aus oder wisst ihr, wo man Infos finden könnte?

Grüße Ice

Vor allem durch die Flügel, die dem Auto mehr Gewicht (nicht Masse!) geben, aber auch durch die Reifen ist es heute möglich, Längs- und vor allem Querbechleunigungen von einem vielfachen der Erdbeschleunigung zu erzielen.
Die Kraft, die ein F1-Auto auf die Straße presst ist bereits bei ca. 120 km/h doppelt so hoch wie am Stand. Deswegen auch die Aussage, dass ein F1-Auto an der Decke fahren könnte.

Das ist gut... Hätte ich auch draufkommen müssen.
Hat das wohl noch etwas irgendwie mit der Radgeometrie zu tun? Also dem Winkeln, den die Reifen mit der Straße bilden (Reifen stehen ja nicht im rechten Winkel auf der Straße)?

Eher mit den elastischen Eigenschaften des Gummis, der inzwischen auch schon allein ca. 1,2 g quer verträgt.

Die Fahrwerksgeometrie spielt insofern eine Rolle, als dass die bestimmt, wie die Reifen auf die Straße gebracht werden in den verschiedenen Fahrzuständen. Das Thema Fahrwerkseinstellungen ist aber so komplex, da wurden schon fette Wälzer darüber geschrieben, und ich bin Theoretiker (GPL).

Hmm, okey. Belassen wirs dann dabei.

Hast du vielleicht eine Formel zur Berechnung des Bremsweges mit ABS *g*
Oder vielleicht eine Erklärung ob Breitreifen oder Schmalreifen beim Bremsen (mit/ohne ABS) besser sind (Testreihen wäre auch nicht schlecht)!?

So, das wären nämlich die Hauptaspekte meiner Facharbeit...

also wenns nur ums bremsen geht sind breitreifen natürlich besser, da sie mehr auflagefläche haben und damit auch mehr reibwirkung erziehlen...

wegen testreihen... hmmm... ich würd mal auf adac seiten schauen, ob ich da was finde, die machen doch immer reifentests...

Dito Maseratine ...

F1_Iceman hat geschrieben:

Hallo Zusammen,

ich schreibe eine Facharbeit in Physik über das ABS. Darin muss ich auch auf die Beschleunigung eingehen.
Theoretisch ist es nicht möglich, dass a > g ist (Beschleunigung des Wagens größer als die Erdbeschleunigung).
Dabei bin ich mir sicher, dass die Boliden von Schumi und Co. mehr als eine Beschleunigung von 9,81 m/s² schaffen.

Kennt sich da jemand vielleicht aus oder wisst ihr, wo man Infos finden könnte?

Grüße Ice

moin.

als absolut unwissender hier ein paar infos von unserem physikexeperten:


=> die beschlenigung ist wesentlich größer als 9,81 hat mit der erdbeschleunigung nichts zu tun und nähere infos findet man durch nachdenken

=> der bremsweg bei abs ist der normale bremsweg + die zeit die das abs die bremse loslässt mal die momentane geschwindigkeit

=> vielleicht ist ja gemeint, dass die zentrifugalkraft beim um die kurve fahren nicht größer als die bodenhaftung der reifen sein darf .. aber wer weiss das schon

Ich versteh zwar so gut wie nix von euer Problematik, Physik war noch nie mein Ding, aber egal....

Ich habe gestern eine Dokumentation von Design-Studien für das Auto der näheren Zukunft gesehen und da war eine Studie dabei, die vielleicht etwas zu eurem Problem besteuert.

Mercedes hat ein Studienauto herausgebracht, das gänzlich auf Drive-by-wire setzt!
Das wichtigste an dem Auto ist jedoch, dass die kurvenäußeren Räder sich bis zu 20% neigen, was zu einer Querbeschleunigung in Kurven von 1,3g führen soll.

Laut dem Bericht schaffen herkömmliche Sportwagen heutzutage bis zu 1,1g.


Die Beschleunigung eines Formel 1 Autos liegt meines Erachtens über der Erdbeschleunigung......

dieser erdbeschleunigung und f1-auto-beschleunigungs vergleich ist sowieso für die fische, da sie in keiner formel gemeinsam vorkommen können...

was anderes ist das zb bei einem düsenflieger, der kerzengerade nach oben fliegt...

chtrunk hat geschrieben:

dieser erdbeschleunigung und f1-auto-beschleunigungs vergleich ist sowieso für die fische, da sie in keiner formel gemeinsam vorkommen können...

was anderes ist das zb bei einem düsenflieger, der kerzengerade nach oben fliegt...

Doch tut sie schon. Darüber, dass die Reibung (zwischen Reifen und Strasse) proportional zur Normalkraft (Auflast auf der Auflagefläche ist). Die Normalkraft hängt, ausser von der aerodynmischen Downforce (die ja wieder von der Geschwindigkeit abhängt), von der Schwerkraft, also der Erdbeschleunigung, ab. Und die Reibung limitiert die maximal übertragbare Scherkraft, d.h. Kraft, die das Auto "auf die Straße bringen kann" und daher die Beschleinigung des Autos.
Wäre die Erbeschleunigung doppelt so groß (weil die Erde entsprechend größer wäre), wäre die Beschleunigung der Autos auch, in etwa, doppelt so groß. Dann wären auch die Kurvengeschwindigkeiten größer (ob auch doppelt oder nur Wurzel 2 mal höher, fällt mir im Moment nicht ein).

???

wenn die kurvengeschwindigkeiten zunehmen bei größerer erde, leuchtet mir ja noch ein, aber warum die beschleunigung?das auto ist ja dann schwerer und würde langsamer beschleunigen, oder?

chtrunk hat geschrieben:

???

wenn die kurvengeschwindigkeiten zunehmen bei größerer erde, leuchtet mir ja noch ein, aber warum die beschleunigung?das auto ist ja dann schwerer und würde langsamer beschleunigen, oder?

Das denkt man erstmal, weil man bei mehr Gewicht naheliegenderweise an mehr Masse denkt, und nicht an mehr Erdbeschleunigung. Aber die Masse (m) des Autos wäre ja die selbe, von daher würde die selbe Kraft (F) benötigt werden, es mit der Beschleunignung a zu, ähm, beschleunigen
(F = m * a).
Das Gewicht (= die Kraft mit der das Auto von der Schwerkraft angezogen wird) (G) des Auto ist das Produkt aus Masse und Erdbeschleunigung (g), und die wäre höher wenn die Erdbeschleunignung höher wäre (G = m * g). Das hätte aber wie gesagt keinen Einfluß auf die (träge) Masse, die beschleunigt werden müßte. Wegen der größeren Kraft mit der die Reifen gegen die Straße gedrückt werden könnte es daher schneller beschleunigen, wenn die Erde größer (oder spezifisch dichter) wäre, und g damit größer. (a und g sind senkrecht zueinander (wenn die Straße nicht bergab oder bergauf geht), und würde sich daher direkt nicht beeinflussen).

Wenn ich mich recht erinnere, dann bedeutet ein Reibungskoeffizeint von 1, dass Reibung gleich der Normalkraft ist, womit g * m = a * m, also g = a wäre (schwere Masse = träge Masse. Also die Frage ob a > g möglich ist gleich der Frage ist, ob Reibungskoeffizeinten größer 1 möglich sind. Theoretisch wohl nicht (vergessen warum) aber bei REifen ist es halt nicht nur Reibung, sondern der Gummi "greifet" z.B. in den Beton. Haupteffekt bei a > g ist aber sicher die Downforce.

danke, jetzt isses so einigermaßen verständlich...

das erinnert mich an die frage, ob eine bleikugel oder eine styroporkugel mit exakt der gleichen äußeren form und beschaffenheit schneller auf die erde fallen würde (=schneller beschleunigen)

aber solange der gute bernie keinen GP am jupiter plant, kann es den reifenherstellern wohl egal sein

Bei gleicher äußerer Form wäre die Styroporkugel wesentlich leichter, und würde vom Luftwiderstand stärker abgebremst werden.

Eine interessante Frage in dem Zusammenhang ist ha, was mehr wiegt: 1 kg Blei uder 1 kg Federn?

gibts da ne formel für diese abbremsgeschichte durch den luftwiderstand?

Sicher gibt es eine, aber ich weiß sie nicht.

Aber wenn sie die gleiche Form (= auch gleiche Größe) haben, dann hat die Bleikugel mehr Masse weil größere Dichte, welche der Abbremsung durch den Reibungwiderstand der Luft mehr Trägheit entgegensetzen kann, und wird daher weniger abgebremst.

chtrunk hat geschrieben:

gibts da ne formel für diese abbremsgeschichte durch den luftwiderstand?

ja

en Hammerwurf und das Kugelstoßen in erster Näherung akzeptabel. Der Luftwiderstand FW ergibt sich aus dem Produkt der Geschwindigkeit des Gerätes zum Quadrat (genauer gesagt der Relativgeschwindigkeit zwischen Gerät und Luft) und einer Konstanten K.
FW = K * V**2

Diese Konstante beinhaltet:
   - Die Dichte der Luft r (kg/m3)
   - Die Schnittfläche, auch projezierte Fläche, Pa (m²)
   - Der Luftwiderstandsbeiwert Cw, ein dimensionsloser Koeffizient der      ausdrückt, wie ,stromlinienförmig' ein Körper ist. Eine dünne Platte hat einen Cw=1, moderne PkW erreichen Cw Werte unter 0,3. einer Kugel hat ca. 0.45,Der Bug eines modernen Schiffes, und denmach auch Schumachers Kinn, etwa 0.32, Vierecke, also z.B. DC Kopf 0,68. Das erklärt, warum Schumacher so oft Weltmeister geworden ist, nächstes Jahr nicht DCs wird und noch nie eine Kugel eine GB gewonnen hat. Warum allerdings noch nie ein Tanker auf dem Treppchen stand kann ich mir im Moment auch nicht erklären ??

Das mit den „übetrieben schief stehenden“ Rädern (also nicht der Sturz) trifft wohl nur auf die Vorderachse zu. Beim geradeausfahren braucht man ja nicht die volle Aufstandsfläche. Deshalb versucht man, diese so gering als möglich zu halten (wegen der Rollreibung). Beim einlenken wird das Rad dann aufgerichtet. Das wird durch den Nachlaufwinkel erreicht. Der Achschenkel (das Gelenk an dem das Rad hängt) wird dabei etwas verdreht. Ob man das im Automobilbau auch macht, weiss ich nicht.
Bei Traktoren wird das aber auch gemacht. Dort jedoch wird das Rad beim lenken erst „gekippt“ um einen grösseren Lenkeinschlag zu erzielen. Anders als bei Autos braucht der Traktor ja bei geradeausfahrt die volle Aufstandsfläche. Das kurveninnere Rad klappt also etwas unter den Traktor. Man kann grössere Reifen verwenden und dennoch relativ gut wenden.

Das breitere Reifen auf jeden Fall eine bessere Traktion bieten glaube ich nicht. Ich meine – irgendwo ist halt ein Limit. Denn der Reifen will auch in den Asphalt gedrückt werden. Pro cm³ Aufstandsfläche sollte also eine gewisse Kraft vorhanden sein, die den Gummi mit dem Asphalt „vereint“. Ist der Reifen zu schmal, wird er heiss, weil’s einfach zuviel Reibung gibt. Ist der Reifen zu breit, bekommt man ihn eventuell gar nicht auf Temperatur. Das hängt aber alles von der Geschwindigkeit ab. Beim Start hat man auf den ersten Metern ja null Abtrieb aber das maximale Drehmoment an den Rädern. Hier bräuchte man sehr breite Reifen. Da kein Abtrieb vorhanden ist fehlt zwar DIESE Kraft, durch die Gewichtsverlagerung beim Beschleunigen werden sie aber trotzdem in den Asphalt gedrückt. Erreicht der F1 Bolide dann eine bestimmte Geschwindigkeit (weniger Drehmoment am Rad und mehr Abtrieb) sollte der Reifen wieder schmäler werden. Das ist aber jetzt Aerodynamik und hat mit meiner „Breitreifenthese“ nichts zu tun. Ein breiterer Reifen würde durch den Abtrieb bei hoher Geschwindigkeit ja optimale Traktion bieten. Auf der Geraden bringt’s aber nix weil die Leistung fehlt um Schlupf zu erzeugen (übermässigen Schlupf... etwas slip ist ja immer vorhanden). Ein breiterer Reifen wäre wegen der Gewichtsverlagerung (wegen Querbeschleuingung) und des Abtriebs also lediglich in schnellen Kurven hilfreich. In langsameren Kuven kann’s sein, dass ein schmälerer (und harter) Reifen sogar etwas besser haftet. Die Mischung macht’s also auch. Ein weicher breiterer Reifen „verschmilzt“ auch ohne grossen Anpressdruck mit dem Asphalt. OK ich gebe auf. Das ist jetzt auch für mich zu verwirrend. Grundsätzlich kann man wohl sagen, dass man wieder einen „Kompromissreifen“ bräuchte. Der perfekte Reifen müsste sich der Geschwindigkeit anpassen können. Also weicher, härter, schmaler und breiter werden.

Da ein normales Auto ja eher wenig Abtieb produziert, glaube ich, dass zumindest hier meine Theorie nicht allzu falsch ist. Einen Polo mit 315er Reifen auszustatten macht also wenig Sinn. Es wird schon seine Gründe haben, warum selbst Ferraris und Porsches mit 225er Reifen (vorne) ausgestattet werden.

@Madonno: Wenn ich deine Theorie verstanden habe dann erklärt sie auch warum es allgemein eine Tendenz gibt dass die Michelinbereiften Fahrer in den ersten Runden ein Schwächeperiode haben. Da sie ja breiter sind kommen sie langsamer auf Temperatur

Das wäre zu einfach "senna". Wie alles in der F1 ist auch das Kapitel "Reifen" extrem kompliziert. Und mit Gummi kenne ich mich wirklich nicht aus. Ich glaube aber eher, dass es an der Mischung liegt.

Das mit dem Sturz ist folgendermaßen (jetzt kommt das Wissen aus dem GPL Handbuch ):

Die Radauhängung ist ja nicht etwas Starres, sondern es ändert sich ihre Geometrie dynamisch mit den Bewegungen des Autos (Rollen, Nicken und Gieren). Normalerweise stehen die Räder vor allem Vorne, weil da ja die Lenkkräfte übertragen werden sollen, schräger als hinten, wo das maximale Drehmoment im Geradeauslauf auf die Straße gebracht werden soll.
In der Kurve neigt sich das Auto nach aussen - ebenso wie die Räder. Dadurch wird das kurvenäußere Rad aus der Fahrdynamik heraus senkrecht gestellt, und kann so maximale Querbeschleunigungen übertragen. Zu wenig Sturz kann bei einem Rennwagen bedeuten, dass nur mehr die Außenkante des äußeren Reifen in der Kurve voll auf der Straße liegt, und der Vorteil wieder verloren ist. Zu viel kann dagegn dafür sorgen, dass die Reifeninnenseite überhitzt, während die Außenseite zu kalt bleibt.
Diese Effekte sind bei Auto, die sichj mehr in die Kurve legen (zB Tourenwagen) größer, deswegen kann man zB. in der DTC die Autos mit monströsem Sturz fahren sehen, während in der F1 sogar die Vorderräder fast senkrecht stehen.

Soviel ich weiß ist Mercedes der einzige Autohersteller, der den von Madonno beschriebenen Effekt so extrem nützt; aber im Kartsport ist es durchaus üblich, eine gegenüber der Senkrechten geneigte Einlenkachse der Räder zu verwenden, da man hier ja keine Radaufhängung hat, die das machen könnte.