Kräfte beim ruckartigem Anziehen von Seilen

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

erklärt es mal einem Laien, bitte.

Ich habe ein Abschleppseil. Das hält 5 Tonnen Zug aus. Das gezogene Auto hat vielleicht 1 Tonne Gewicht. Nun ist vorn ein ungeübter Fahrer, der zieht mal lustig los. Das Seil reißt. Kann man das auch berechnen? Also mit welcher Beschleunigung der Fahrer vorn anziehen muß, damit die 5 Tonnen Zuglast überschritten werden? Ich gehe mal vom stehenden Gespann aus. Das ziehende Fahrzeug kann der Einfachheit halber beschleunigen wie der Teufel und „klebt“ auf der Straße. Mein Problem bei der Berechnung: das Seil kann sich dehnen, eben anders bei einem Stahlseil mit vielen Drähten oder einem Plastikseil derselben Bauart. Eben kein starres Gebilde wie eine Abschleppstange, so ein Seil.

Gruß
André

PS: Das ist keine Hausaufgabe, aber da dies meinem Kumpel passiert ist als er mich schleppen wollte, und ich darauf keine Antwort geben konnte, frage ich hier. Übrigens, der dann eingefügte Knoten im gerissenen Seil hielt bombenfest (wir hatten nur ein Seil)! :wink:

#2

Hallo,

Reißbedingung:

Zugbelastung beim Beschleunigen = max. Zugbelastung
1t*a = 5t*g
a = 5g

Gruß
Oliver

#3

Hallo,

Ich habe ein Abschleppseil. Das hält 5 Tonnen Zug aus. Das
gezogene Auto hat vielleicht 1 Tonne Gewicht. Nun ist vorn ein
ungeübter Fahrer, der zieht mal lustig los. Das Seil reißt.

Ja, das passiert ganz zwangsläufig, wenn das Seil beim
Losfahren noch locker durchhängt.

Dann hat das vordere Fahrzeug schon eine gewisse
Geschwindigkeit während das hintere noch steht.
Wenn das Seil ideal steif wäre und auch sonst kein
federndes Element da wäre, müßte im dem Moment wo sich das
Seil stafft eine unendliche Kraft aufgebracht werden,
um das gezogene Fahrzeug schlagartig auf die momentane
Geschw. des Zugfahrzeugs zu bringen.

-> F = m * a für lineare Beschleinigung
F ist Kraftwirkung, m ist Masse gezogenes Fahrzeug
und a ist Beschleunigung.
Wegen der Annahme: keine Feder im System würde
a gegen unendlich gehen.

In Praxis ist das Seil natürlich eine Feder.
Welche Kräfte in Realität wirken hängt deshalb von der
Federkennlinie des Seiles und der max. Reißdehnung ab.
Die Kennlinie ist auch nicht als Linear anzunehmen
(wie auch bei Gummi nicht).
Praktische Berechnung wird deshalb schlecht möglich sein,
weil man dieses Parameter nicht hat.

Kann man das auch berechnen? Also mit welcher Beschleunigung
der Fahrer vorn anziehen muß, damit die 5 Tonnen Zuglast
überschritten werden? Ich gehe mal vom stehenden Gespann aus.
Das ziehende Fahrzeug kann der Einfachheit halber
beschleunigen wie der Teufel und „klebt“ auf der Straße.

Das wurde ja schon erläutert.

Mein
Problem bei der Berechnung: das Seil kann sich dehnen, eben
anders bei einem Stahlseil mit vielen Drähten oder einem

Verstehe ich nicht ganz?
Auch Stahlseile wirken wie eine Feder.

Plastikseil derselben Bauart. Eben kein starres Gebilde wie
eine Abschleppstange, so ein Seil.

Eben, das macht die Sache ziehmlich komplex.

Deswegen ist Abschleppstange wesentlich sicherer.
Unter anderem, weil wegen der fast starren Kopplung
zwischen beiden Fahrzeugen kein großer
Geschwindigkeitsunterschied entstehen kann.
Gruß Uwi

#4

Hallo,
wenn das mit 5 Tonnen Reißlast spezifizierte Seil beim Abschleppen (im straffem Zustand) gerissen ist, dann lag es defintiv nicht am zu starken Beschleunigen des Zugfahrzeuges. Gerissen wäre das Seil dann, wäre ein eine Tonne schweres abzuschleppendes Fahrzeug mit dem 5fachen der Erdbeschleunigung gezogen worden. Dann wäre die Zugkraft 5 Tonnen gewesen. Aber 5-fache Erdbeschleunigung (ca 50m/s²) schafft man nicht, schon der Haftung wegen.
Zum Reißen haben eher unstetige Vorgänge geführt. Das Seil war mal schlaff, dann gab es bei der Kompensation der Differenzgeschwindigkeiten ruckartige Bewegungsabläufe mit hohen Seilzugkräften. Letztere sind mit halbwegs einfacher Physik/Mechanik (u.a. Impulsgesetz und Berücksichtigung der Elastizität des Seils) zwar berechenbar, würden aber letztlich nur die Binsenwahrheit bestätigen, dass man beim Abschleppen das Seil tunlichst straff halten soll.
Gruß
Karl

#5

Hallo Karl,

also, wenn ich das richtig verstehe, dann hing das Seil durch, das ziehende Fahrzeug hatte eine gewisse Geschwindigkeit, das Seil straffte sich und das zu schleppende Fahrzeug sollte in Bewegung kommen. Dann gings Seil kaputt. Außer das das ziehende Fahrzeug ächste in seiner Karosserie, die 5g werden in dem Fall locker überschritten, für ganz kurze Zeit. Doch das reicht zur Überschreitung der Reißgrenze des Seiles.

So richtig?

Gruß
André

#6

Hallo André,

also, wenn ich das richtig verstehe, dann hing das Seil durch,
das ziehende Fahrzeug hatte eine gewisse Geschwindigkeit, das
Seil straffte sich und das zu schleppende Fahrzeug sollte in
Bewegung kommen. Dann gings Seil kaputt. Außer das das
ziehende Fahrzeug ächste in seiner Karosserie, die 5g werden
in dem Fall locker überschritten, für ganz kurze Zeit. Doch
das reicht zur Überschreitung der Reißgrenze des Seiles.

So richtig?

Kann man so gelten lassen.

Wenn man eine ideal starres Seineine entsprechende Karroserie, keine Reibung und beide Autos die gleiche Masse haben, müsste sich in dem Moment wo das Seil gespannt ist, die Hälfte der kinetischen Energie des sich bewegenden Autos auf das stehende Übertragen und beide würden sich schlagartig mit der halben Geschwindigkeit, welche das sich bewegende Auto hatte, weiterbewegen. Uff…
Da dies in diesem theoretischen Fall die Energieübertragung sofort, also in t = 0 passiert ist die Spitzenleistung im Seil unendlich gross.

Praktisch sind da, wie schon geschrieben, noch jede Menge als Feder wirkende Teile daran beteiligt, sodass die Kraft nicht bis unendlich ansteigen kann.

Aber im Prinzip kannst du das Ganze auch mit einem Zusammenstoss vergleichen. Es treten Kräfte in der selben Grössenordnung auf, wie wenn du versuchst das Auto, mit anlauf, anzuschieben …

MfG Peter(TOO)