4.4 Remmen en botsen

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

4.4 Remmen en botsen

Planning (les 1)

Uitleg Stopafstand

Uitleg Botsen

Maken van opdrachten

Na deze les(sen) kan je..

Het verband toelichten tussen reactie-afstand, remweg en stopafstand

De stopafstand bepalen uit een v,t-diagram van een remmend voertuig

De gemiddelde remkracht berekenen op de inzittende van een auto

twee manieren uitleggen om de vertraging tijdens een botsing zo klein mogelijk te houden

Na deze les(sen) kan je..

Drie veiligheidsvoorzieningen in een auto noemen en hun werking

Berekeningen uitvoeren met kracht, druk en oppervlakte van het contactvlak

De stopafstand bepalen

Als je wil stoppen met je auto (of een ander voertuig)

Duurt het vaak even voordat jij je remmen hebt gevonden en ingeschakeld

De tijd die je hiervoor nodig hebt noem je de reactietijd 

De stopafstand bepalen

Tijdens jouw reactietijd zal het voertuig nog even blijven bewegen met een constante snelheid

De afstand die het voertuig eenparig aflegt tijdens die reactietijd

Noemen we de reactie-afstand 

De stopafstand bepalen

Als we gaan remmen, beweegt het voertuig eenparig vertraagd verder

tot het stilstaat

De afstand die het voertuig aflegt tijdens deze vertraagde beweging

Noemen we de remweg 

De stopafstand bepalen

Reactie-afstand + remweg = de stopafstand

Waarom? 

Je hebt een aantal seconden nodig om te reageren, dan leg je een bepaalde afstand af

En tijdens het remmen beweeg je ook nog een aantal meters

De stopafstand bepalen

De stopafstand bepalen

Hier zien we een v,t diagram van een remmend voertuig

Je kan hiervan de stopafstand 

berekenen

De stopafstand bepalen

Je kan zien dat de reactietijd 1 seconde is

gedurende die 1 seconde

beweegt het voertuig met

10 m/s

Kortom de afgelegde afstand

= 10 meter

De stopafstand bepalen

Vervolgens vertraagt het voertuig gedurende 3 seconden tot het stilstaat

Om de snelheid van dit stuk te bepalen

wil je de oppervlakte onder de grafiek

weten

De stopafstand bepalen

Met 1/2 * b * h

kan je de oppervlakte van de

driehoek bepalen

Dus 1/2 * 3 * 10 = 15 m

De stopafstand bepalen

De totale remweg is dan dus

10 + 15 = 25 meter

Botsen

Als je ergens tegenaan botst kom je plotseling tot stilstand

(tenzij je tegen tegen een voorligger klapt die nog beweegt) 

Niet alleen het voertuig stopt met bewegen. Ook de inzittende merken dit

Botsen

Bij een botsing is de vertraging (a) enorm groot

Dat betekent dat er tijdens een botsing een grote afremmende kracht (F) op de inzittende werkt

Zelfs als je snelheid helemaal niet zo groot is kan zo'n grote kracht zorgen voor letsel 

Botsen

Voorbeeld

Een auto en testpop (80kg) komen bij een botsproef in 60ms tot stilstand

De auto had een snelheid van 32 km/h. Bereken de gemiddelde remkracht op de pop

Botsen

Gegevens

m= 80kg

vbegin = 32km/h /3,6 = 8,9m/s

veind = 0m/s

Delta t = 60ms /1000 = 0,060 s

F = ?

Botsen

Delta v = veind - vbegin

Delta v = 0 - 8,9 = -8,9 m/s

a = delta v / delta t

a = -8,9 /0,060 = -148 m/s^2

Met F = m * a kunnen we dan de kracht berekenen

Botsen

F = m * a

F = 80 * -148 = -12000N (-12*10^3N)

Ofwel -12kN

Veilig autorijden

Het is belangrijk om de vertraging bij een botsing zo klein mogelijk te houden

Zo beperk je de afremmende kracht op je lichaam en neemt het risico op letsel dus ook af

Veilig autorijden

Wij weten

a = delta v / delta t

Kortom

Je wil delta v dus zo klein mogelijk maken

Terwijl je delta t juist heel groot wil maken

Veilig autorijden

Het kleiner maken van delta v is aan de bestuurder

Een bestuurder moet zelf de risico's kunnen inschatten van zijn omgeving en zijn snelheid daar op aanpassen

Meer kans op een botsing? Ga dan langzamer rijden

Als er dan toch een botsing plaatsvindt is de delta v in ieder geval kleiner

Veilig autorijden

Het vergroten van delta t doet de autofabrikant 

Ze hebben veel verschillende manieren

bedacht om de botstijd te vergroten

Druk

Veiligheidsgordel en airbags zorgen ervoor dat de inzittende wordt afgeremd en de botstijd wordt hierdoor groter

Je slaat namelijk niet langer plots vooruit 

Daarnaast zorgen gordels en airbags voor een afremmende kracht over een groter oppervlak

Druk

Met die kracht en het oppervlak kunnen we de druk berekenen

Let op: bij druk mag je de eenheid Pascal of N/m^2 gebruiken

Druk

Veiligheidsgordels hebben vrij brede riemen

Hoe breder de riem, hoe groter het contactoppervlak tussen de gordel en het lichaam

Hierdoor verlaagt

de druk op het lichaam

Druk

Rekenvoorbeeld:

Het contactoppervlak die een autogordel op een pop heeft bedraagt 300cm^2

De kracht die vrijkomt op de pop bij een botsing is 12kN

Bereken de druk

Druk

A = 300cm^2

Dat is 300/10000 = 0,0300m^2 

F = 12kN = 12000N (of 12*10^3N) 

p = ?

Druk

p = F/A

p = 12000/0,0300 = 400000 Pa (of 4,0*10^5 Pa) 

Maken opgaven

Maak van 4.4

Opgave 1, 3 en 5  (les 1)

Maak de resterende opgaven af voor les 2 (en les 3)

En maak de opgave van les 1 ook af (mocht je hier nog niet klaar mee zijn)

Einde van de les