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Bremsleistung berechnen


Physik


Lösungsidee


Man berechnet die Bewegungsenergie (kinetische Energie) vor dem Bremsen und danach. Dann bildet man daraus die Differenz. Dieses Ergebnis teilt man durch die Bremsdauer. Das Ergebnis ist die Bremsleistung. Das ist hier ausführlich erklärt.

Allgemeiner rechnerischer Ansatz


Bremens heißt: Abbau von Bewegungsenergie, also eine Vernichtung von kinetischer Energie. Berechnet man zuerst die Differenz zwischen der Bewegungsenergie direkt vor dem Bremsen und direkt danach, hat man die zu Energiemenge in Joule, die man durch Bremsen vernichten will. Dann dividiert man diese Energiemenge durch die Dauer des Bremsvorgangens, also durch die Bremszeit, zum Beispiel in Sekunden. Das Ergebnis gibt dann die Joule Energie, die man durchschnittlich in jeder Sekunde abbauen muss. Dieser Zahlenwert in J/s ist dann die zum Bremsen nötige Leistung ↗

Zahlenbeispiel Radfahrer


Angenommen ein Radfahrer fährt eine (gemütliche) Geschwindigkeit von etwa 22 km/h, das sind umgerechnet rund 6 Meter pro Sekunde. Benutze zum rechnen am besten immer die sogenannten SI-Einheiten. Nehmen wir weiter an, Fahrer und Rad wiegen zusammen 80 kg. Die gewünschte Bremsdauer soll 2 Sekunden betragen. Dann kann man wie folgt rechnen.


Wie kann man sich 700 Watt vorstellen?


Für einen Radfahrer wären 700 Watt als Tretleistung eine enorm große Leistung. Radprofis bringen über mehrere 200 Watt auf, bei Sprints auch 500 Watt. Normale Menschen erreichen auf einem Hometrainer in einer Fitnesseinrichtung selten über 300 Watt. Siehe auch Fahrradprofi ↗

Bremsleistung und Hitzentwicklung


Für mehrere Fragestellung ist es nützlich, die Bremsleistung zumindest grob abgeschätzt zu haben. Mechanische Bremsen, aber auch Wirbeltrombremsen erhitzen sich beim Bremsen. Sie wandeln die Bewegungsenegie um in Wärme. Dabei erhitzen sich die Bremsen selbst. Die Bauteil können dabei rotglühend werden und sich selbst zerstören (schmelzen). Auch etwa Bremsfett bei Rücktrittbremsen von Fahrrädern kann verbrennen. Hier interessiert also letztendlich die Frage: wie heiß wird eine Bremse bei einem bestimmten Bremsvorgang. Halten die Bauteile das aus?

Bremsleistung von Raumfähren


Tritt eine Raumfähre oder ein anderes Raumschiff vom Weltraum kommend in die Erdatmosphäre ein (etwa 100 km Höhe über dem Boden), dann wird es sehr schnell und sehr stark durch die Luftmoleküle abgebremst. Die durchschnittliche Bremsleistung für die Raumfähre Space Shuttle kommt dabei in den Bereich der Leistung eines Standard-Atomkraftwerkes, rund 800 Megawatt. Siehe dazu unter Wiedereintritt ↗

Bremsleistung bei Meteoriteneinschlägen


Schlägt ein Meteorit oder Asteroid (sehr groß) auf die Erdoberfläche ein, werden in kürzester Zeit extrem hohem Bewegungsenergien abgebaut. Das sich die Energie nicht sofort ausreichend weit räumlich verteilen kann, kommt es momentan zu sehr hohen Energiedichten. Diese haben eine explosive Kraft mit großer zerstörerischer Wirkung. Lies dazu unter Impakt ↗