Die letzte Frage ist besonders einfach zu beantwor-ten: man nutzt z.B. ein Smartphone, das immer einen eingebauten 3-D Beschleunigungssensor hat – der wird für Spiele gebraucht

träge Masse

Im Beschleunigungssensor ist eine träge Masse aus Silizium an Si-Federn aufgehängt. Beim abgebildeten Sensor gibt es für jede Raumrichtung eigeneFedern und an die Masse gekoppelte Kondensatorstreifen. Bei Beschleunigung verschiebt sich der Sensor, die Federn in Beschleunigungsrichtung werden auf einer Seite gedehnt auf der anderen gestaucht. Gleichzeitig ändern sich die Kapazitäten auf beiden Seiten. Diese Änderung wird mit einer Brückenschaltung gemessen. Die träge Masse wir genau so relativ zum Gehäusebeschleunigt wie ein Fahrer zum Auto! Abb.: Mikromechamischer Beschleunigungssensor

wie er auch in Airbags genutzt wird

Leitthema: Beschleunigungen beim Autofahren physikalische Themen: lineare Beschleunigung, Radialbeschleunigung, Zentrifugalkraft

Ein Auto beschleunigt, bremst, fährt um Kurven (wir lassen Sprünge und Überschläge mal weg)

Fragen:• was spürt der Fahrer bei diesen Fahrmanövern?• von Spitzenrennfahrern heisst es: sie haben ein besonders sensibles Gesäss- was nützt das?• wie messe ich Beschleunigungen?

BeschleunigungBremsenZentrifugalbeschleunigungenFahrstrecke

Beispiel der Beschleunigungen bei einer Fahrt um einen Kreisel:

Anfahren auf einer geraden Strecke (ca. 150 m), Einfahren in einen Kreisverkehr, 360o,Rückfahrt und Abbremsen. Auf Video klicken

Fragen:

1. Zeichnen sie in die Skizze Beschleunigungsvektoren ein und ordnen sie diese den Fahrabschnitten ‘ Anfahren, Bremsen, Kreisverkehr… zu

yx

Fahrt im Kreisverkehr: t= 11 s, ax = 3.6 m/s^2

ax=v^2/r : v= 2 π r/t r= ax*t^2/(2 π)^2 = 11.0 m ; v= 22.6 km/h

2. Ordnen sie mit Hilfe des Videos die Beschleunigungsphasen den Streckenabschnitten zu

3. Berechnen sie den Radius im Kreisverkehr und v aus Beschleunigung und Zeit im Kreisverkehr

Anfahren Kreisverkehr Bremsen

4. Wenn ein Auto bei einer Ralley über eine Kuppe springt, welche Beschleunigung wirkt dann auf den Fahrer?

In Phase 3 herrschtSchwerelosigkeit fürCa. 22 Sekunden.

Schwerelosigkeit lässt sich auf der Erde durch ‘Parabelflüge’ erreichen, die einerWurfparabel entsprechen. So haben z.B. Astronauten trainiert.Parabelflug Wikipedia Video DLR Parabelflug

Abb.: Phasen eines Parabelflugs

5. Stellen sie sich vor, sie fahren mit dem Fahrrad die Autostrecke und kleben das Smartphone horizontal auf den Gepäckträger. Welche Beschleunigungen misst es im Kreisverkehr?

Eigene Experimente?

Falls sie ein eigenes Smartphone oder Tablet besitzen können sie auch selberBeschleunigungsexperimente machen und auswerten.

Tipps finden sie z.B. unter:

http://www.physi.uni-heidelberg.de/~eisele/Experimentsheets

Schauen sie sich dort insbesondere die Experimente ‘Sprünge’ und ‘BeschleunigungbeimAutofahren’ an.