MINT lernen

Textaufgaben: Risiken im Straßenverkehr

Tempo 30 vor der Schule und ein Auffahrunfall — mit gestuften Hinweisen und Erwartungshorizont.

Zum NachschlagenZurück zur ErklärungAnhalteweg, Faustformeln und der Anhalteweg-Rechner zum Nachlesen.
Fortschritt
0 / 0 Aufgaben

Zwei Sachaufgaben mit Erwartungshorizont

1

Tempo 30 vor der Schule

AFB III

Vor einer Grundschule soll die zulässige Geschwindigkeit von 50 km/h auf 30 km/h gesenkt werden. Ein Anwohner argumentiert dagegen: „Der Unterschied beträgt doch nur 20 km/h, das bringt kaum etwas und kostet alle nur Zeit.“ Rechnen Sie mit tR = 1,0 s und a = 7,5 m/s².

  1. Berechnen Sie die Anhaltewege für 30 km/h und für 50 km/h.
  2. Bestimmen Sie, mit welcher Geschwindigkeit ein Auto, das mit 50 km/h fährt, ein Kind trifft, das genau am Anhaltepunkt des 30-km/h-Autos auf die Straße tritt.
  3. Vergleichen Sie die Bewegungsenergien bei beiden Geschwindigkeiten (Fahrzeugmasse 1200 kg).
  4. Beurteilen Sie das Argument des Anwohners.
Hinweis zu Aufgabe a)
s = v · tR + v² : (2 · a). Rechnen Sie beide Geschwindigkeiten zuerst in m/s um.30 km/h sind 8,33 m/s, 50 km/h sind 13,89 m/s.
Hinweis zu Aufgabe b)
Der Anhaltepunkt des langsameren Autos ist die Entfernung d aus a). Bis dorthin hat das schnellere Auto erst den Reaktionsweg und einen Teil des Bremswegs zurückgelegt: vRest = √(v² − 2 · a · (d − sR)).„Bestimmen“: Der Wert folgt aus a) und der Energiebilanz.
Hinweis zu Aufgabe c)
Ekin = ½ · m · v² für beide Fälle, dann das Verhältnis bilden.„Vergleichen“ verlangt beide Werte und eine Aussage über ihr Verhältnis.
Hinweis zu Aufgabe d)
Stellen Sie den Zeitgewinn dem Sicherheitsgewinn gegenüber. Wie viel Zeit verliert man auf 500 m Schulweg tatsächlich?„Beurteilen“ verlangt ein eigenes, begründetes Urteil unter Nennung von Kriterien.
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

30 km/h = 8,33 m/s: sR = 8,33 m; sB = 69,4 : 15 = 4,6 m; sAnhalt = 12,9 m.

50 km/h = 13,89 m/s: sR = 13,89 m; sB = 192,9 : 15 = 12,9 m; sAnhalt = 26,8 m.

Der Anhalteweg ist bei 50 km/h also mehr als doppelt so lang, obwohl die Geschwindigkeit nur um zwei Drittel höher liegt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Das Kind steht in d = 12,9 m Entfernung. Das 50-km/h-Auto legt allein im Reaktionsweg schon 13,89 m zurück — also mehr als die gesamte Entfernung.

Das Fahrzeug hat zum Zeitpunkt des Aufpralls noch gar nicht zu bremsen begonnen. Es trifft das Kind mit unverminderten 50 km/h.

Genau an dieser Stelle, an der das langsamere Fahrzeug bereits steht, ist das schnellere noch mit voller Geschwindigkeit unterwegs.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Ekin(30 km/h) = ½ · 1200 · 8,33² ≈ 41,6 kJ
Ekin(50 km/h) = ½ · 1200 · 13,89² ≈ 115,7 kJ

Das Verhältnis beträgt 115,7 : 41,6 ≈ 2,8. Bei 50 km/h muss also fast die dreifache Energiemenge abgebaut werden — entweder von den Bremsen oder, im Unfall, vom Körper des Kindes. Das entspricht dem Verhältnis der Quadrate: (50 : 30)² ≈ 2,8.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Das Argument hält der Prüfung nicht stand.

Sicherheit: Die Differenz beträgt zwar nur 20 km/h, aber die entscheidenden Größen hängen quadratisch von der Geschwindigkeit ab. Der Anhalteweg verdoppelt sich, die abzubauende Energie wird fast dreimal so groß. Im gerechneten Fall bedeutet das den Unterschied zwischen einem rechtzeitigen Stillstand und einem Aufprall mit voller Geschwindigkeit.

Zeitverlust: Auf 500 m Schulweg dauert die Fahrt bei 30 km/h 60 s, bei 50 km/h 36 s. Der Verlust beträgt 24 Sekunden — und auch nur, wenn man die Strecke ohne Ampel oder Verkehr durchfährt.

Abwägung: Einem Zeitverlust von weniger als einer halben Minute steht ein erheblicher Sicherheitsgewinn genau in dem Bereich gegenüber, in dem Kinder unterwegs sind. Nach den Kriterien Wirksamkeit und Verhältnismäßigkeit ist die Maßnahme daher gerechtfertigt. Einzuwenden bleibt, dass eine Geschwindigkeitsbegrenzung nur wirkt, wenn sie auch eingehalten wird — sie sollte also durch bauliche Maßnahmen oder Kontrollen ergänzt werden.

2

Der Auffahrunfall

AFB II

Auf einer Landstraße fährt ein Auto mit 90 km/h. Der Fahrer erkennt ein Stauende in 70 m Entfernung. Seine Reaktionszeit beträgt 1,2 s, die Fahrbahn ist nass (a = 5,0 m/s²).

  1. Berechnen Sie Reaktionsweg, Bremsweg und Anhalteweg.
  2. Bestimmen Sie die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug auf das Stauende auffährt.
  3. Erklären Sie, welchen der beiden Wegabschnitte der Fahrer selbst beeinflussen kann und wie.
Hinweis zu Aufgabe a)
Erst 90 km/h in m/s umrechnen (: 3,6).Achten Sie auf die Reaktionszeit von 1,2 s — nicht 1,0 s.
Hinweis zu Aufgabe b)
Nach dem Reaktionsweg bleibt nur noch ein Teil der 70 m zum Bremsen. Nutzen Sie vRest = √(v² − 2 · a · sBrems,verfügbar).Prüfen Sie zuerst, ob der Anhalteweg überhaupt größer als 70 m ist.
Hinweis zu Aufgabe c)
Überlegen Sie, wovon jeder der beiden Abschnitte abhängt.„Erklären“ heißt: die Ursache benennen und den Zusammenhang darstellen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

v = 90 : 3,6 = 25 m/s.

sR = 25 m/s · 1,2 s = 30 m
sB = 25² : (2 · 5,0) = 625 : 10 = 62,5 m
sAnhalt = 30 m + 62,5 m = 92,5 m

Der Anhalteweg ist deutlich länger als die verfügbaren 70 m — ein Aufprall ist unvermeidlich.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Nach dem Reaktionsweg von 30 m bleiben zum Bremsen nur 70 m − 30 m = 40 m.

vRest = √(25² − 2 · 5,0 · 40) = √(625 − 400) = √225 = 15 m/s = 54 km/h.

Antwortsatz: Das Fahrzeug fährt mit rund 54 km/h auf das Stauende auf — also mit mehr als der Hälfte der Ausgangsgeschwindigkeit, obwohl bereits 40 m gebremst wurde.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Den Bremsweg kann der Fahrer im Moment der Gefahr kaum noch beeinflussen: Er hängt von der Geschwindigkeit und der Bremsverzögerung ab, und die ist durch Reifen, Bremsanlage und Fahrbahnzustand weitgehend festgelegt. Vorher beeinflussbar ist er nur über die gefahrene Geschwindigkeit und über gute Reifen — bei Nässe ist er ohnehin schon 25 % länger als im Trockenen.

Den Reaktionsweg beeinflusst der Fahrer dagegen unmittelbar. Er ist das Produkt aus Geschwindigkeit und Reaktionszeit. Aufmerksamkeit, Ausgeruhtsein und der Verzicht auf Ablenkung verkürzen die Reaktionszeit; bereits 0,5 s weniger hätten hier 12,5 m gespart und die Aufprallgeschwindigkeit spürbar gesenkt.

Die wirksamste Maßnahme betrifft allerdings beide Abschnitte zugleich: eine geringere Geschwindigkeit. Sie verkürzt den Reaktionsweg proportional und den Bremsweg quadratisch.