Quadratische Funktionen - Anhalteweg

Einführung - Bremsweg - Unterschiedliche Straßenverhältnisse - Übungen 1 - Anhalteweg - Übungen 2 - Stationenbetrieb - Allgemeine quadratische Funktion - Übungen 3

Der Anhalteweg

Wir haben oben gesehen, dass man selbst bei relativ moderaten Geschwindigkeiten mit beachtlichen Bremswegen rechnen muss. Dabei blieb jedoch noch unberücksichtigt, dass der Anhalteweg nicht allein der reine Bremsweg ist, sondern dass zum Bremsweg auch noch der sogenannte Reaktionsweg hinzukommt.
Der Bremsweg ist derjenige Weg, den das Fahrzeug vom Beginn des Bremsvorgangs bis zum Stillstand zurücklegt. Er berücksichtigt also nicht, dass man nach dem Auftreten des Hindernisses eine gewisse Zeit (die Reaktionszeit') benötigt, bis man überhaupt reagieren kann und bremst. Reaktionsweg ist also die Strecke, die ein Fahrzeug in der Zeit zurücklegt, die der Fahrer braucht um eine Situation zu erkennen und mit dem Fuß anfängt das Bremspedal zu drücken. Die Geschwindigkeit ändert sich in dieser Zeit nicht.

Aufgabe 1  Man kann davon ausgehen, dass die Reaktionszeit bei einem gewöhnlichen Autofahrer nicht länger als eine Sekunde ist. Berechne den Reaktionsweg , der sich bei einer Geschwindigkeit von 30 km/h, 50 km/h, 100 km/h aus einer Reaktionszeit von einer Sekunde ergibt. Ermittle eine Formel, mit Hilfe derer man den Reaktionsweg aus der Geschwindigkeit berechnen kann. Geh dabei wieder von einer Reaktionszeit von einer Sekunde aus. Ermittle eine möglichst einfache Formel, mit Hilfe derer man den Anhalteweg aus der Geschwindigkeit berechnen kann.

Aufgabe 2

Wie wir bereits wissen beträgt die Reaktionszeit im Straßenverkehr in etwa 1 Sekunde ("Schrecksekunde").

a) Welchen Weg legt ein Auto bei einer Geschwindigkeit von 100 Km/h innerhalb dieser Reaktionszeit zurück? (Hinweis: Die Formeln aus Aufgabe 1 helfen euch!)
b) Wie lange ist der Reaktionsweg in einer geschlossenen Ortschaft, wenn sich der Autofahrer an die Geschwindigkeitsbeschränkung von 50 Km/h hält. Vergleich mit dem Wert aus Aufgabenteil a)!
c) Welche Geschwindigkeitsbegrenzung müsste man einführen, um den Reaktionsweg auf maximal 10m zu drücken?

Experimentieren mit einem Applet zum Anhalteweg

Aufgabe 3  Experimentiere mit dem nachfolgenden Applet. Beschreibe, welchen Einfluss Geschwindigkeit, Bremsbeschleunigung und Reaktionszeit auf den Anhalteweg haben. Bei welchem Wert für aB ist der Anhalteweg bei einer Geschwindigkeit von 70 km/h und einer Reaktionszeit von 1,5 s ungefähr 70 m lang?

Im folgenden Applet ist der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Anhalteweg dargestellt worden. Mit Hilfe der Schieberegler können Geschwindigkeit v, Bremsbeschleunigung a_B und Reaktionszeit t_R variiert werden.

 

Aufgabe 4  Es passierte an einem sonnigen Tag, irgendwo auf einer idyllischen Straße durch einen lichten Wald. Herr Meier fuhr in seinem Cabriolet mit entspannten 80 km/h die kerzengerade Straße entlang, als plötzlich 60 m vor ihm ein Hirsch auf die Straße läuft... 1. Wie geht die Geschichte aus, wenn Herr Meier a) hochkonzentriert auf den Verkehr geachtet hat (tR = 1,0 s), b) er gerade mit einem Freund telefoniert hat (tR = 2,0 s)? 2. Angenommen, Herr Meier hatte zum Mittagessen zwei Bier und einen Verdauungsschnaps getrunken. Seine Reaktionszeit wäre damit auf 2,5 s gestiegen. Wie schnell hätte er höchstens fahren dürfen, um noch rechtzeitig zum Stehen zu kommen? Verwende jeweils aB = 7 m/s2

Den Einfluss der verschiedenen Faktoren auf die Länge des Anhalteweges kannst du auch mit diesem Applet untersuchen.

Allgemein: f(x) = ax² + bx

Die Funktionen, die wir in diesem Kapitel betrachtet haben, sind auch quadratische Funktionen. Sie haben den Funktionsterm ax2 + bx. Wir lassen nun wie oben Aufgabe 3 den Wert für a gleich und verändern nur den Wert für b.   Aufgabe 5  Untersuche an dem Applet rechts den Einfluss von b auf den Verlauf des Graphen. Was bleibt gleich? Was ändert sich?   Aufgabe 6  Gibt es einen Zusammenhang zwischen dem blauen und grünen Graphen? Experimentiere erneut mit dem Applet und bestätige deine Vermutung. Setzt den Satz fort: "Die Graphen liegen spiegelbildlich bezüglich der y-Achse für b=...

Lösung zur Aufgabe 1:

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1. v = 30 km/h <=> 30 km in einer Stunde <=> 30000 m in 3600 Sekunden <=> $\frac{30000}{3600}$ m in 1 Sekunde <=> 8,3 m in einer Sekunde

D.h. bei einer Geschwindigkeit von 30 km/h und einer Reaktionszeit von 1 Sekunde beträgt der Reaktionsweg ca. 8,3 m.

genauso folgt: v = 50 km/h => Reaktionsweg ca. 13,9 m und v = 100 km/h => Reaktionsweg ca. 27,8 m

2. Reaktionsweg = Geschwindigkeit (in m/s) mal Reaktionszeit

3. Anhalteweg = Bremsweg + Reaktionsweg bzw. $s_A = \frac{1}{2 a_B} \cdot v^2 + t_R \cdot v$

Lösung zur Aufgabe 2:

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1. Gegeben: v= 100 Km/h; t(r)= 1s

   Gesucht: Reaktionsweg s

   Lösung: s= v x t(r)

            = 100 Km/h x 1s

            = [(100 x 1000m) : 3600 s] x 1s
            = 27,8 m 

2. Rechnung analog nur mit 50 Km/h:

   Lösung: s= 13,9 m

3. Gesucht: Maximale Geschwindigkeitsbegrenzung wenn Reaktionsweg maximal 10m

   Lösung: 10m = v x 1s

             v = 10 m/s 

v = 36 Km/h

Lösung zur Aufgabe 3:

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1. ---

2. Der Anhalteweg ist umso länger,

je höher die Geschwindigkeit ist,

je geringer die Bremsbeschleunigung ist,

je höher die Reaktionszeit ist.

3. a = 4,6 m/s²

Lösung zur Aufgabe 4:

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1. a) s = 57,5 m, d.h. er kommt kurz vor dem Hirsch zum Stehen

1. b) s = 79,7 m, d.h. er kommt nicht mehr rechtzeitig zum Stehen

2. v = 58 km/h

Lösung zur Aufgabe 5:

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1. Die Weite der Parabel bleibt gleich.
2. Der Scheitel wird verschoben.

Lösung zur Aufgabe 6:

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1. Der blaue und der grüne Graph liegen symmetrisch zur y-Achse.
2. Die Graphen liegen spiegelbildlich bezüglich der y-Achse für b = 2 und b = -2.

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Nun kannst du wieder überprüfen, ob du alles verstanden hast!   Hier geht es weiter.