Drehmoment vs. Leistung - was macht die Beschleunigung
Hallo,
ich habe mir ein paar Gedanken um die Größen Drehmoment und Leistung beim Autofahren gemacht und mir ein paar Dinge dazu durchgelesen. Dabei habe ich oft gelesen, dass die Leistung ausschlaggebend für die Beschleunigung sei. Wenn ich mir aber jetzt überlege, dass die Winkelbeschleunigung an der Kurbelwelle ja direkt proportional zum Drehmoment des Motors ist, welche Rolle soll da die Leistung spielen? Ich hätte gerne ein klares Bild wie sich die aktuelle Leistung und das aktuelle Drehmoment beim Fahren bemerkbar machen, jedoch verwirre ich mich da glaube ich mit meinen Gedankenansätzen selbst.
Meine Ideen:
Ich weiß, dass Leistung und Drehmoment nicht unabhängig voneinander sind, sondern über die Drehzahl zusammenhängen. Wenn ich jetzt überlege was die Beschleunigung beim Fahren ausmacht, fallen mir zwei Argumentationen ein:
1) Die Beschleunigung ist proportional zur Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle. Diese wiederum ist proportional zum anliegenden Drehmoment -> also bestimmt das Drehmoment die Beschleunigung.
2) Um ein Auto zu beschleunigen muss kinetische Energie übertragen werden. Die aktuelle Leistung des Motors gibt an, wie viel Energie pro Zeit er auf das Auto überträgt. -> also bestimmt die Leistung die Beschleunigung.
Welche der Aussagen ist richtig? Ist es überhaupt eine oder kann man beide irgendwie vereinen?
Viele Grüße
144 Antworten
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 28. Mai 2023 um 11:19:28 Uhr:
Und richtig lautet sie:
Drehmoment (oder Kraft) —> Beschleunigung —> Bewegung —> Leistung
Das ist der logische Weg der Berechnung.
Bau den Motor aus dem Auto aus und setze es in Bewegung (ohne externe Hilfsmittel). Oder braucht ein Auto doch einen Motor?
Grüße,
Zeph
Nicht nur die Berechnung ist logisch. Ohne Bewegung keine Leistung. Und die Bewegung ist eine Folge der resultierenden Kraft, die an der Masse angreift.
Und wenn du keine Energie zuführst, kannst du die Kraft nicht aufrecht erhalten.
Ansonsten bauen wir jetzt statt Motoren Drehmomentschlüssel unter die Motorhaube, stellen sie auf 450Nm und jeder hat ein potentes Auto, ohne jeden Kraftstoffverbrauch. Tuning wäre auch einfach. Einfach auf 500Nm stellen.
Sorry aber ich tu' mir etwas schwer, aufgenommene Energie als Resultat der zu erzeugenden Kraft zu sehen. Das ist unlogisch.
Doch, siehe mein Beispiel einer Masse, die auf dem Boden liegt und eine Kraft auf ihn ausübt. Ganze ohne Energiezufuhr. Über Stunden, Wochen, Jahrzehnte…
Oder um näher am Fahrzeug zu bleiben: Stelle den Motor mit eingelegten Gang ab, schiebe den Wagen etwas an, so dass die Antriebswellen über das Getriebe bis zur Kurbelwelle verspannt sind, also ein Drehmoment erfahren. Ziehe die Handbremse an und beobachte. Was passiert mit dem Drehmoment, musst Du von außen Energie aufwenden, um es aufrecht zu erhalten??
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Nein, aber mit angezogener Handbremse bewegt sich nix. Ebenso wenig der Stein. Eine Beschleunigung setzt den Einsatz von Energie voraus.
Die Frage des TS lautet: "Was beschleunigt das Auto? Drehmoment oder Leistung?"
Bei deinen Beispielen beschleunigt nix, geht also an der Fragestellung vorbei.
Grüße,
Zeph
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 28. Mai 2023 um 17:24:41 Uhr:
Und wenn du keine Energie zuführst, kannst du die Kraft nicht aufrecht erhalten.
DAS war Deine Aussage, auf die ich geantwortet habe. Und das ist schlicht und ergreifend falsch.
Ne, sie ist richtig, denn wenn du das kraftaufbringende Element nach dem Zeitpunkt 0 nicht ebenfalls weiterbewegst (z.B.) um die Kraft aufrecht zu halten, ist die Kraft sofort wieder bei 0. Hälst du die Kraft aufrecht, musst du W=F x s investieren.
Anderes Beispiel aus dem Buch "Denksport Physik" von Lewis C. Epstein:
Bei einem geladenen Platten-Kondensator wird der Abstand der Platten nach Entfernen der Spannungsquelle vergrößert.
Hat er nun
a.) Gleichviel Energie
b.) Weniger Energie
c.) Mehr Energie
gespeichert?
Als Elektroniker war mir gleich klar, es ist mehr Energie. Das stimmt auch. Aber dann kam die Zusatzfrage:
Woher kommt die Energie?
Die Antwort zeigt, wie verwoben die Physik ist....
Grüße,
Zeph
Letzte Aussage zum Thema:
In meinem Beispiel muss natürlich Energie aufgewendet werden, um den Antriebstrang gegen die Handbremse zu verspannen. Um diesen Zustand aufrecht zu erhalten, ist keine weitere Energiezufuhr nötig (woher sollte diese auch kommen??). Und genau das bestreitest Du:
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 28. Mai 2023 um 17:24:41 Uhr:
Und wenn du keine Energie zuführst, kannst du die Kraft nicht aufrecht erhalten.
Ah, jetzt weiß ich auf was du raus willst. Ja, wenn keine Bewegung ausgeführt wird, bleibt die Kraft erhalten. Aber wenn du was beschleunigen willst, brauchst du Energie.
Das schrieb ich aber schon oben.
Das Thema kommt auch immer wieder.
Für die meisten ist es ohnehin nichts neues:
Was man an Antriebskraft bei einer bestimmten Geschwindigkeit auf die Räder bringt hängt von der momentanen Motorleistung ab und von nichts sonst.
Diese momentane Motorleistung ergibt sich allerdings aus dem entsprechenden Drehmoment und der entsprechenden Drehzahl:
https://dmot.at/drehm.html
Das Drehmoment und der Begriff der Arbeit wird auch mitunter (weiter oben) verwechselt. Drehmoment und Arbeit haben zwar die gleiche Einheit (Nm) sind aber zwei grundverschiedene Dinge.
Die Leiststung ist jedenfalls Arbeit pro Zeit:
https://dmot.at/arbeit.html
Zitat:
@gla schrieb am 29. Mai 2023 um 11:38:49 Uhr:
Das Thema kommt auch immer wieder.Für die meisten ist es ohnehin nichts neues:
Was man an Antriebskraft bei einer bestimmten Geschwindigkeit auf die Räder bringt hängt von der momentanen Motorleistung ab und von nichts sonst.
Egal, wie oft man es sagt, es ist und bleibt falsch.
Nenne doch mal eine seriöse Quelle, die das begründet! Oder rechne es vor!
Auch Du verwechselst Ursache und Wirkung. Das ist so, als ob man sagt, zuerst kommt der Schatten und dann kommt das Licht.
Der Schatten ist die Wirkung, die Ursache ist das Licht.
Die Leistung ist die Wirkung, die Ursache ist das Moment (Kraft).
Zuerst ist die Kraft da. Wenn es keine Kraft gegeben hätte, dann hätte sich das Fahrzeug nie in Bewegung gesetzt. F = m x a -> a = F / m
Erst NACHDEM es sich in Bewegung gesetzt hat, kommen Leistung/Energie/Geschwindigkeit, etc. dazu. Aber das sind einfach nur Rechengrößen, die nichts mit der Beschleunigung zu tun haben. Wenn sie etwas mit der Beschleunigung zu tun hätten, dann würden sie zur Berechnung des Geschwindigkeitsverlauf benötigt. In meinem Beispiel siehst Du, dass ich die Leistung nicht verwendet habe. Erkläre mir, wie sowas möglich sein soll: Ich berechnen einen Beschleunigungsverlauf, ohne der Größe (Leistung), die angeblich maßgeblich für die Beschleunigung ist. Erkläre den Widerspruch.
Oder nenne mir eine seriöse Quelle, bei der die Leistung als Ursache für eine Beschleunigung genannt wird (so, wie Newtons 2. Axiom).
Oder rechne einfach mal vor, wie man ein Auto nur mit Hilfe einer Leistung beschleunigt. So, wie ich es in der Anlage mit Newtons 2. Axiom (mit der Kraft) gemacht habe (Fahrwiderstände, Schlupf, etc. habe ich alles weggelassen).
In der ersten Grafik sieht man auch, dass Beschleunigungsverlauf und Drehmomentverlauf identisch sind.
Man sieht in der Grafik auch, dass Beschleunigungsverlauf und Leistungsverlauf NICHT identisch sind.
@Zeph:
Du bringst auch oft Dein Beispiel mit Deinem Integra:
Zitat:
Mein Integra hatte 190PS, aber nur 178Nm. Trotzdem lief die Kiste in 6.5sec auf 100. Mein Civic mit satten 340Nm brauchte 8.5sec, hatte aber nur 140PS...
Abgesehen davon, dass hier auch Fahrzeugmasse und Fahrwiderstände eine Rolle spielen, ist diese Aussage KEIN Argument dafür, dass mehr Leistung auch eine schnellere Beschleunigung von 0 auf 100 km/h bedeutet.
In der Exceltabelle habe ich die Beschleunigungsvorgänge zweier gleicher E-Fahrzeuge berechnet. Einmal mit einem 125 kW, einmal mit einem 100 kW E-Motor.
Das Fahrzeug mit 100 kW beschleunigt in etwa 5.2 s auf 100 km/h, das Fahrzeug mit 125 kW beschleunigt in 5.6 s auf 100 km/h. Das Fahrzeug mit der geringeren (Nenn-)Leistung ist also LANGSAMER.
Warum? Weil er das höhere Drehmoment hat.
Und falls jetzt der Einwand mit der Momentanleistung kommt: Von der hast Du auch nicht gesprochen. Du hast einen Vergleich zwischen Nennleistung (190 PS vs. 140 PS) und max. Drehmoment (178 Nm vs. 340 Nm) gemacht.
Viele Grüße
Christian
Zuerst ist die Zeit da. Das Fahrzeug steht schon 1 Stunde und soll nun bewegt/beschleunigt werden.
Zitat:
@85mz85 schrieb am 29. Mai 2023 um 20:28:58 Uhr:
Zuerst ist die Zeit da. Das Fahrzeug steht schon 1 Stunde und soll nun bewegt/beschleunigt werden.
Witzig. Bring doch Mal etwas mehr als nur sarkastische Kommentare. ;-)
Hab ich schon. Aber jetzt ist es gut. Zumindest für mich. Einer von zwei ist unbelehrbar
Es ist wirklich nicht allzu kompliziert:
P = M . w
Die momentane Motorleistung ergibt sich aus Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit.
Die Winkelgeschwindigkeit ergibt sich dabei direkt aus der Drehzahl.
w = n . pi / 30
Aus der Leistung ergibt sich mit der momentanen Fahrgeschwindigkeit die Antriebskraft:
F = P / v
Die Geschwindigkeit muss man dabei in m/s einsetzen. m/s = km/h . 3,6
Von der Antriebskraft muss man nun die Kraft für die Reibung und für die Kraft für den Luftwiderstand abziehen.
Mit der restlichen Kraft kann man die Beschleunigung berechnen wenn man die Masse des Fahrzeugs kennt.
a = F / m
Fertig