Größenordnung (Beschleunigung)

Dies ist eine Zusammenstellung von Beschleunigungen verschiedener Größenordnungen zu Vergleichszwecken. Die Angaben sind oft als „typische Werte“ zu verstehen; die umgerechneten Werte sind gerundet.

Grundeinheit der Beschleunigung im internationalen Einheitensystem ist 1 m/s², das Formelzeichen a.

Es gelten folgende Umrechnungen:

  • 1 m/s² = (9,80665)−1 g

Hier werden folgende Bezugssysteme unterschieden:

  • gemessen in einem Laborsystem (beschleunigtes Bezugssystem). Für viele technischen Anwendungen ist ein mit der Erdoberfläche verbundenes Bezugssystem näherungsweise ein Inertialsystem, da die Scheinkräfte zu vernachlässigen sind.
  • gemessen in einem Inertialsystem[1]
  • Beschleunigungen bis 1 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    0,53 m/s2 mittlere Beschleunigung eines ICE 3 bis 200 km/h[2]

    1 m/s2 bis 10 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    1  m/s2 Freizeitfahrradfahrer[2]
    1,07  m/s2 Beschleunigung beim Start aus dem Stand einer Boeing 747-400 bei MTOW und einer Startstrecke von 3250 m[3]
    1,3  m/s2 Beschleunigung moderner S- und U-Bahnen
    1,62  m/s2 Fallbeschleunigung auf dem Mond
    2  m/s2 Fahrradprofi[2]
    3,4 bis 7,0  m/s2 Mittlere Beschleunigung beim Anfahren mit einem Mittelklassewagen für den Geschwindigkeitsbereich 0 bis 60 km/h.[4]
    4  m/s2 Anfängliche Beschleunigung eines Sportlers im Sprint.[2]
    9,81  m/s2 Beschleunigung im freien Fall ohne Luftwiderstand in der Nähe der Erdoberfläche. Damit wird eine Geschwindigkeit von 100 km/h in 2,83 Sekunden erreicht.
    10  m/s2 Beschleunigung der Kugel beim Kugelstoßen in der Abstoßphase.[2]
    10  m/s2 Mittlere Verzögerung bei Vollbremsung mit einem Auto.[5] Dieser Wert gilt für alle gut gedämpft rollenden Radfahrzeuge mit ausreichend wirkenden Bremsen, wenn die Reibung von Gummi auf Beton oder abgefahrenem Asphalt (jeweils trocken und sauber) das limitierende Glied der Kraftübertragung ist und sich das Fahrzeug wegen winkelmässig in Bezug auf den vorderen Aufstandspunkt zu hoch (45° für a = - g) liegendem Schwerpunkt nicht wie ein Rennrad aufstellt und überkippt. Und dieser Wert gilt genauso als Grenzwert für Seitenbeschleunigung unter denselben Bedingungen.

    10 m/s2 bis 100 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    16  m/s2 Maximalwert bei einem Space Shuttle während des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre[6]
    40  m/s2 Maximalwert bei einer Saturn V bei Brennschluss der ersten Stufe[7]
    20  m/s2 Maximalwert bei einer Saturn V bei Brennschluss der zweiten Stufe[7]
    16  m/s2 Maximalwert bei einer Saturn V bei Brennschluss der dritten Stufe (Einschuss in die Bahn zum Mond)[8]
    64  m/s2 Maximalwert bei einer Apollo-Kapsel während des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre nach einem Mondflug[9]
    15  m/s2 Typischer Maximalwert bei einer Kinderschaukel[10]
    19,6  m/s2 Fadenpendel bei anfänglicher 90°-Auslenkung[10]
    40  m/s2 Maximalwert bei der Achterbahn Silver Star[11]
    60  m/s2 Maximaler Wert für Formel-1-Wagen in schnell gefahrenen Kurven[12]
    43 bis 69 m/s2 Fahrzeugbelastung bei Auffahrunfällen zweier Volvo 240 mit Geschwindigkeitsunterschieden zwischen 7,5 und 10 km/h[13]
    78 m/s2 Durchschnittliche Maximalwerte bei Kunstflugmanövern (Belastungsdauer zwischen 1,5 und 3 Sekunden)[14]

    100 m/s2 bis 10 000 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    1000 m/s2 Höchstwert für von Menschen ohne schwere Verletzungen überlebbare g-Kraft[15] bei kurzer Dauer der Beschleunigung (Sekundenbruchteile).
    1764 m/s2 Laut Guinness-Buch der Rekorde höchste gemessene Beschleunigung, die von einem Menschen (David Purley, 1977) überlebt wurde.[16]
    3 000 m/s2 Ungefähre Beschleunigung des Trommelinhalts von Waschmaschinen im Schleudergang.[2]
    10 000 m/s2 Beschleunigung beim Aufprall eines Gegenstands, der aus 1 m Höhe auf harten Boden fällt und liegen bleibt, wenn der Boden oder Gegenstand um 1 mm nachgibt.[17]

    10 000 m/s2 bis 1 000 000 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    60 000 m/s2 Maximalbeschleunigung der Nadel bei Nähmaschinen[2]
    1 000 000 m/s2 moderne Ultrazentrifuge

    106 m/s2 bis 109 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    53 100 000 m/s2 Gemessene Maximalbeschleunigung eines Stachels beim Ausstoß aus einer Nesselzelle[18]

    109 m/s2 bis 1012 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    2·1011 m/s2 Fallbeschleunigung auf der Oberfläche eines Neutronensterns[19][20]

    1012 m/s2 bis 1015 m/s2

    Beschleunigung Beschreibung eines Beispiels
    2·1014 m/s2 Elektron, das sich in einem Vakuum zwischen zwei 5 cm voneinander entfernten Platten befindet, an denen eine Spannung von 5,7 V anliegt.[21]

    Einzelnachweise

    1. Die Angabe bezieht sich auf die Kraft, die pro Masse wirkt.
    2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Rainer Schach, Peter Jehle, René Naumann: Transrapid und Rad-Schiene-Hochgeschwindigkeitsbahn: Ein gesamtheitlicher Systemvergleich. Abgerufen am 5. Februar 2013.
    3. $ a = \frac {v^{2} } {2 s} $
    4. Heinz Burg, Andreas Moser: Handbuch Verkehrsunfallrekonstruktion. 2. Auflage. Band 10. Springer DE, 2009, ISBN 3-8348-0546-7, S. 424 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
    5. Heinz Burg, Andreas Moser: Handbuch Verkehrsunfallrekonstruktion. 2. Auflage. Band 10. Springer DE, 2009, ISBN 3-8348-0546-7, S. 428 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
    6. shuttle g-Kraft diagram. Abgerufen am 5. Februar 2013.
    7. 7,0 7,1 nasa: saturn g-Kraft diagram_1. Abgerufen am 5. Februar 2013.
    8. nasa: saturn g-Kraft diagram_2. Abgerufen am 5. Februar 2013.
    9. apollo g-Kraft diagram. Abgerufen am 5. Februar 2013.
    10. 10,0 10,1 Die Zentripetalbeschleunigung lässt sich für einen anfänglichen Auslenkungswinkel $ \phi $ durch $ 2g\,(1-\cos\phi) $ berechnen.
    11. freizeitpark-infos. Abgerufen am 13. März 2013.
    12. formel1.com/news. Abgerufen am 5. Februar 2013.in the ultra-fast 130R turn you get lateral acceleration forces of up to 6g
    13. Szabo TJ, Welcher JB: Human subject kinematics and electromyographic activity during low speed rear impacts. In: SAE Paper #952724. 1995. zitiert nach Jeffrey R. Davis, Robert Johnson, Jan Stepanek: Frontiers in whiplash trauma. Clinical and biomechanical. Hrsg.: Narayan Yoganandan, Frank A. Pintar (= Biomedical and health research. Band 38). IOS Press, Amsterdam / Washington, DC 2000, ISBN 1-58603-012-4, S. 20 (googlebooks).
    14. Jeffrey R. Davis, Robert Johnson, Jan Stepanek: Fundamentals of Aerospace Medicine. Lippincott Williams & Wilkins, 2008, ISBN 978-0-7817-7466-6, S. 656 (googlebooks).
    15. Dennis F. Shanahan, M.D., M.P.H.: Human Tolerance and Crash Survivability. (PDF), citing Society of Automotive Engineers. Indy racecar crash analysis. Automotive Engineering International, June 1999, 87–90. And National Highway Traffic Safety Administration: Recording Automotive Crash Event Data englisch “Several Indy car drivers have withstood impacts in excess of 100 G without serious injuries.”
    16. Craig Glenday: Guinness World Records 2008. Random House Digital, Inc., 2008, ISBN 0-553-58995-4, S. 133 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
    17. Der Wert lässt sich durch Erdbeschleunigung·Höhe/Verzögerungsstrecke berechnen.
    18. Nüchter Timm, Benoit Martin, Engel Ulrike, Özbek Suat, Holstein Thomas W.: Nanosecond-scale kinetics of nematocyst discharge. In: Current Biology. 16, Nr. 9, 2006, S. R316–R318. doi:10.1016/j.cub.2006.03.089. Abgerufen am 25. Oktober 2012.
    19. Neutronensternmassen und -Radien. Abgerufen am 5. Februar 2013 (PDF; 856 kB).
    20. die Angabe verwendet das Bezugssystem des Neutronensterns als Referenz
    21. Die Beschleunigung $ a $ lässt sich im Inertialsystem mit Masse $ m $, Ladung $ e $, Spannung $ U $ und Abstand $ s $ durch $ a=(U\,e)/(s\,m) $ berechnen.

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