RE: Kleines Physik/Technikrätsel, wer hilft?

Zitat
was mir noch fehlt, sind Angaben zu Bremse des Zuges. Indirekt könnte man aus Jans Teilung der Strecke auf 1g mögliche Bremsleistung schließen. Oder vermutet das der Bursche nur? Und täuscht sich womöglich?

Moin Ulf,

natürlich hat ein richtiger Zug eine Bremse an allen Waggons, aber dann gibts ein wenig viel zu rechnen. Die Lok hat ein bestimmtes Gewicht (20 Tonnen), standardmäßig setzt man für den Reibwert Rad/Schiene 0,3 und damit ergibt sich eine Zug- und Bremskraft von 6 Tonnen. Es ist also sinnig, sich genau auf die Hälfte der Strecke eine Markierung zu setzen.

Kurze Rechnung:

Der Zug wiegt 60 Tonnen, die Lok hat 6 Tonnen Zugkraft, damit beträgt die Beschleunigung 1 m/s² .

Die Zeit für eine halbe Strecke (also entweder beschleunigen oder bremsen) errechnet sich nach der Formel

t = WURZEL([2 x s]/a) mit a = Beschleunigung, s = 24,5 Meter, t= die Zeit

Die Werte sind so gewählt, daß man im Kopf rechnen kann, sogar im Dunkeln Freitags abends.

Wir rechnen weiter

t = WURZEL( [2 x 24,5]/1) => 7 Sekunden

Also braucht man 7 Sekunden für das Beschleunigen und 7 Sekunden für das Abbremsen. Bei 18 Sekunden Gesamtzeit hat Jan Leiß also noch 4 Sekunden Zeit, einzusteigen

Tatsächlich ist in der Wagenhalle am Ende eine Schräge, die nach oben führt und den Zug sehr stark abbremst, aber das hättet Ihr mir nicht geglaubt. Und tatsächlich dauert die Beschleunigung länger, als das Abbremsen (durch aufgebauten Überdruck im Zylinder). Außerdem ist die Beschleunigung nicht gleichmäßig, sondern zunächst stark und dann tritt für eine kurze Strecke Beharrung ein. Das ist der Zustand, bei dem mit der entsprechenden Geschwindigkeit das Gas durch das Saugrohr in den Zylinder nachströmt. Ein ausgeglichender Vorgang, der allerdings füllungsmäßig nichts bringt, weil keine Energie ins Ausauggas gebracht wird.

Der pfiffige Tuner verengt in diesem Fall das Saugrohr und holt noch ein bißchen Speed raus. Damit hat der Motor es zwar etwas schwerer beim Ansaugen, bekommt aber gegen Ende des Saugtaktes durch die höhere Geschwindigkeit noch mehr hineingedrückt.

Wie gesagt, dieser Vorgang ist absolut nicht statisch, aber er ist auch nicht resonierend.

Am Schluß unseres Ausfluges soll uns Jan Leiß noch mal die Resonanzschwingung einer Eisenbahn erklären. Als echter Ostfriese hat er keine Skrupel, dem Material ein wenig Gewalt anzutun und braust mit seiner Lok einfach auf einen stehenden Zug. Es knallt ordentlich und der Impuls pflanzt sich durch alles Kupplungen der Waggons bis nach vorne. Der letzte Waggons wird regelrecht vom Zug abgestoßen

(Anmerkung: im richtigen Leben sind beim Verschieben von Güterwaggons durch solche Versehen schon Kupplungen abgerissen)

Die Stoßwelle läuft durch die aufgereihten Waggons wesentlich schneller, als Jan mit seiner Lokomotive aufgefahren ist. Sie ist fast eine Konstante und errechnet sich aus Waggongewicht und Kupplungsfeder (bei Gasen: Molgewicht und Kompressibilität)

der lezte Waggon haut ordentlich zurück und "rappel", "rappel", "rappel", "rappel" pflanzt sich der Stoß wieder rückwärts fort bis hin zu Jans Lokomotive, die dann ihrerseits vom Zug abgestoßen wird. Wenn das ein paar Mal hin und her schaukel, kann man die Resonanzfrequenz bestimmen.

Aber: der Zug selbst ist kaum in Fahrt gekommen dadurch. Er rollt nur ganz langsam vor sich hin. Der eigentliche Stoßes ist sogar auf die Lokomotive zurückgegeben worden.

Und das ist das, was der Tuner überhaupt nicht will. Er will die Gassäule (also den Zug) ordentlich in Fahrt bekommen und möglichst viel Menge in den Zylinder kriegen. Nur so ein bißchen Schallwelle hin und her bringt ihm keine Füllung. Die ist evtl. als Wabbel nachher in der Drehmomentkurve zu sehen sozusagen als überlagerter Effekt.

Lokführer legen beim Anfahren erstmal einen Krabbelgang ein, um den Zug zu strecken, ehe sie dann allmählich Zugkraft auf die Kupplung bringen. Das Einlaßventil macht es mit seiner allmählichen Öffnung ähnlich. Es ist falsch, von plötzlichen Querschnittswerweiterungen zu sprechen. Die gibt es beim Zweitakter eher, wo mit der Bewegung des Kolbens (oder Drehschiebers) plötzlich ein ganzes Fenster frei wird.

So, und nun könnt Ihr Eisenbahn spielen: Hallentore auf und zu, Zuglängen verändern, Prellböcke setzen, denkt auch dran, daß der Zug rückwärts wieder rausrollt, wenn das Tor nicht rechtzeitig geschlossen wird. Zu lange Steuerzeiten bringen nichts, wenn der Rest nicht drauf abgestimmt ist.

Im nächsten Rätsel bauen wir hinter der Halle noch ein Tor ein und lassen den Zug dort wieder rausbrausen. Die Überschall-Lokomotive ist schon bestellt. Jan Leiß übt schon.

Gruß

Wännä