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beschleunigung

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beschleunigung [2006/11/24 21:20] (aktuell)
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 +====== Beschleunigung ======
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 +===== Beschleunigung durch Elektromotoren =====
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 +Die Beschleunigung ist für [[Fahrzeuge|Elektromobile]] eine doppelt interessante Grösse.
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 +1. Sie interessiert,​ weil sie zeigt, ob man im "​normalen"​ Verkehr mithalten kann (oder gar "​schneller"​ ist).
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 +2. Der Energieverbrauch bei der Beschleunigung durch [[motoren|Elektromotoren]] ist ein ganz anderer, als bei Verbrennern:​
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 +Ein Kolbenmotor erzeugt seine Kraft durch eine genau definierte Menge Kraftstoff pro Umdrehung. Mehr [[Leistung]] ​ bedeutet mehr Umdrehungen. Da nun diese Motoren nur bei bestimmten Drehzahlen einen (für sie) guten [[Wirkungsgrad]] haben, der i.d.R. nicht im hochtourigen Bereich liegt, wird der Wirkungsgrad bei hoher Beschleunigung schlecht. Das ist so, weil man den Motor "​hochjagen"​ muss, statt früh zu schalten, wenn man stark beschleunigen will. Ein zügiges Beschleunigen in unteren Drehzahlen kann bei Verbrennern allerdings durchaus empfehlenswert sein, da der Motor bei hohem Drehmoment seinen besten Wirkungsgrad hat.
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 +Bei Elektromotoren steht oft beinahe das volle Drehmoment schon im untersten Bereich der Drehzahlen zur Verfügung. Weiter sind die Wirkungsgrade unserer Motoren im Bereich von 50-90%, statt bei 5-40%.
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 +Der wirkliche Vorteil des E-Motors gegenüber dem Verbrenner ist allerdings nicht so sehr der Wirkungsgrad bei Vollgas (80- 90% vs. 30-40%), sondern der bei realistischer Teillast wie Stadtverkehr (80-90% vs. 5-10%). Außerdem sinkt bei Vollast der Batteriewirkungsgrad von 70% auf bis zu 40% (Bleibatterie bei 2C Belastung) ab. (Bei hochstromtauglichen Li-Ions ist das wesentlich besser:​Immer >80%)
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 +Der Energieverbrauch steigt also bei Elektromotoren durch starke Beschleunigung längst nicht so schnell wie bei Verbrennungsmotoren,​ allerdings ist ein zu starkes Beschleunigen immer mit einer hohen Stromstärke verbunden. Akkus können je nach Motorleistung und Kapazität mit durchaus 3C (im [[Ligier Optima E]] zum Beispiel, im [[SAM]] sind es noch mehr) belastet werden, was einerseits zu einem Spannungsabfall durch den Innenwiderstand führt und andererseits bei Blei-Akkus den Peukert-Effekt extrem verstärkt. Solche Höchstbelastungen sind bei Bleiakkus falls möglich zu vermeiden. Bei zum Beispiel NiCd ist es nicht ganz so schlimm, dort hat man "​nur"​ den höheren Spannungsabfall am Innenwiderstand der Akkus sowie den in den Leitungen.
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 +Beschleunigung bedeutet nur eine Änderung der Geschwindigkeit. Im Vakuum (ohne bewegliche Teile, ohne Reifen, deren Gummi gewalkt wird, ohne Luftwiderstand,​ ohne verschiedene Motorwirkungsgrade,​ usw.) heist stärker Beschleunigen nur die gleiche Energie in kürzerer Zeit (=> höhere Leistung) zu benötigen. Das Resultat ist das selbe: ​
 +Energie (Benzin/Wh) = Masse (kg) * Geschwindigkeit (m/s)^2 / 2. 
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 +In der Realität gibt es aber wegen der unterschiedlichen Randbedingungen (Wirkungsgrade) eine bezogen auf den Energieverbrauch optimale Beschleunigung. Außerdem kann die in der Geschwindigkeit gespeicherte Energie (Schwung) nur zum kleinen Teil zurückgewonnen werden (Ausrollen, Rekuperation bei Elektromotoren),​ der Rest wird beim Bremsen in Wärme umgewandelt und ist damit verloren. ​
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 +Fazit: Flottes Beschleunigen ist nicht unbedingt Energieverschwendung,​ zu hohe Geschwindigkeiten sehr wohl. Am besten man fährt so, dass man möglichst nicht bremsen muss. 
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 +====== Allgemein ======
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 +Artikelteile aus: http://​de.wikipedia.org/​wiki/​Beschleunigung
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 +Ein frei beweglicher Körper, der eine Krafteinwirkung erfährt und dadurch seine Geschwindigkeit ändert, vollführt eine Beschleunigung. Wenn er sich verlangsamt,​ spricht man oft von einer Verzögerung oder auch von einer negativen Beschleunigung.
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 +Beschleunigungsvorgänge spielen in allen bewegten Systemen, wie z. B. Fahrzeugen, Flugzeugen oder Fahrstühlen,​ eine wichtige Rolle und sind aufgrund der in diesem Zusammenhang auftretenden Trägheitskräfte für die darin beförderten Menschen und Sachen meist deutlich spürbar.
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 +===== Physikalische Definition =====
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 +Die Beschleunigung ergibt sich aus dem Verhältnis von Kraft zu Masse und ist eine physikalische Größe aus der Kinematik, die definiert ist als die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeitintervall.
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 +Beim freien Fall mit v0 = 0, s0 = 0 und a = Fallbeschleunigung g = 9,80665 m/s2 (DIN 1305) ergibt sich, dass der Körper nach einer Sekunde Fallzeit eine Geschwindigkeit von 9,80665 m/s erreicht und eine Strecke von 4,903 m zurückgelegt hat. Dieser Wert der Beschleunigung wird auch als 1 g bezeichnet.
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 +===== Messung der Beschleunigung =====
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 +Hochgenaue Beschleunigungssensoren erreichen heute bei ihren Messungen Genauigkeit von 0,005 g. Dies ermöglicht durch zweifache Integration über die Zeit bei bekannten Anfangsbedingungen eine Ortsbestimmung von Flugzeugen über einen mittellangen Zeitraum (z. B. für den Fall, dass das GPS-System ausfällt.)
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 +Bei Kraftfahrzeugen wird die Beschleunigung als ein wesentlicher Parameter zur Klassifizierung der Leistung verwendet. Es wird dabei jedoch nicht direkt die physikalische Größe angegeben, sondern meist ein Wert „Sekunden von 0 auf 100 km/h“ (auch 160 oder 200 km/h), in den eine Reihe von anderen Parametern wie Masse, Luftwiderstand,​ Getriebe und Traktion einfließen.
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 +===== Beispiele für die Größe von Beschleunigungen =====
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 +    * Im freien Fall beträgt die Beschleunigung 1 g. Damit wird (ohne Luftwiderstand) eine Geschwindigkeit von 100km/h in 2.8 Sekunden erreicht.
 +    * Der menschliche Körper erträgt ca. 10 g, ohne in Ohnmacht zu fallen, bei Autounfällen wirken kurzzeitig wesentlich höhere Belastungen.
 +    * Bei Nähmaschinen wirken auf die Nadel Beschleunigungen von bis zu 6.000 g.
 +    * Bei einer Waschmaschine wirken im Schleudergang mehr als 300 g auf den Trommelinhalt.
 +    * Beim Fahrradfahren treten Beschleunigungen von etwa 1 m/s2 auf (Freizeitfahrer) und bei Sportprofis etwa 2 m/s2.
 +    * Ein Mittelklassewagen kann Beschleunigungen bis zu 3 m/s2 und Autos höherer Klasse sogar mehr als 4 m/s2 hervorbringen.
 +    * Bei den Dragster-Fahrzeugen der Top Fuel Klasse treten beim Start +6 g (60 m/s2 ) und beim Abbremsen -6 g an Beschleunigung auf. Sie erreichen 100 km/h in weniger als einer Sekunde.
 +    * Ein vollbeladener Jumbo-Jet erfährt eine Beschleunigung von etwa 1,6 m/s2.
 +    * Auf einen ICE wirkt eine Beschleunigung von etwa 0,5 m/s2.
 +    * Beim Bremsen eines Autos treten negative Beschleunigungen von bis zu 10,5 m/s2 auf.
 +    * Während der ersten Schritte eines Sprints wirken Beschleunigungen von etwa 2 m/s2 auf den Sportler.
 +    * Die Kugel beim Kugelstoßen wird bei der Abstoßphase mit etwa 10 m/s2 beschleunigt.
 +    * Ein Tennisball kann Beschleunigungen bis zu 10.000 m/s2 erfahren.
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 +====== Siehe auch ======
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 +====== Links ======
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