Pfeilaufschlagskraft

[Wilfrid (✝)]

Auch mit einer Druckmessplatte wird man zu keinem Ergebnis kommen.
So ein Ding ist nix anderes als ne Federwaage mit SEHR kurzem Federweg. In diesem Fall müßte eben die Platte in Wäägerichtung bewegt werden. Ein impuls wird an die Platte gegeben, und der beschleunigt diese Platt, die dann von dem federnden System wieder gebremst wird und sofort wieder entlastet. d.i. die Platte schwingt um ihren Ruhepunkt, die Anzeige ist irgendetwas.

[Galighenna]

Das wird der Grund sein weshalb das noch niemand gemacht hat.

Also man könnte einen Pfeil mit einer exakt konischen Spitze auf eine extrem harte PLatte schießen und durch die Stauchung der Spitze den Bremsweg ermitteln. So könnte man aus der geschwindigkt und dem Bremsweg die Beschleunigung beim Aufprall ermitteln und dadurch den Druck pro cm² ermitteln der im Mittel auf die aufschlagfläche wirkt... Bzw die Kraft ermitteln mit der die entsprechende Fläche, hätte sie kein Gewicht, nach hinten gedürckt wird...

Mit einem Quarterpounder als Pfeil, abgeschossen von einem Warbow deutlich jehnseits der 100#, dürfte das sicher in der Nähe von 1t/cm² liegen und die "Kraft" die eine imaginäre Platte nach hinten drückt könnte durchaus auch 50-100kg betragen
(Da Kräfte aber nicht in kg angegeben werden, müsste man eigentlich sagen: 490-980N).
Ich schätze, das ist vergleichbar mit einem Schlag mit dem Vorschlaghammer oder dem Tritt eines Pferdes.

Mit kleineren Zuggewichten und leichteren Pfeilen sind die Kräfte natürlich kleiner, da die Energie kleiner ist.


Das sind aber alles nur mehr oder weniger gute Schätzungen und genauer kann das keiner Sagen, denn mir sind keine derartigen Versuche bekannt, die konkrete Anhaltspunkte hergeben...

[Wulfilas]

Hallo Leute,
dann möchte ich mal meinen Senf dazugeben ;-)
Die Frage war hier ursprünglich nach der Kraft und nicht nach der Energie. Das sollten wir hier nicht vermischen.

Kraft = Masse * Beschleunigung oder F = m*a [N = kg * m/(s*s)].

Die Masse ist Konstant (unser Pfeil), die ich hier mal beispielhaft mit 50g = 0,05kg annehme.

Die Beschleunigung lässt sich ausrechnen, wenn man...

1.) den Bremsweg kennt und...

2.) die Einschlagsgeschwindigkeit kennt...

3.) und mal davon vereinfachend ausgeht, das der Verzögerungsvorgang (negative Beschleunigung) konstant verläuft. Diese Konstanz ist real nicht gegeben.

Zu 1: Den Bremsweg kann man theoretisch anhand der Eindringtiefe messen; er sei in meinen folgenden Beispielrechnungen mal 1 m (Strohballen) und 1 cm (Bratpfanne).

Zu 2: Die Einschlaggeschwindigkeit ist die grosse Unbekannte. Sie kann für mein Beispiel nur angenommen werden. Ich gehe mal von 50m/s beim Einschlag in die oben genannten Ziele aus.

Daraus folgt eine Entschleunigungsdauer von:
Strohballen: t= 1m/(50m/s) = 0.02 s
Pfanne: t= 0.01m/(50m/s) = 0.0002 s

Daraus kann man die Beschleunigungen ermitteln:
Strohballen: a = 50m/(s*t) = 50/0.02 = 2500 m/(s*s) = ~ 255G
Bratpfanne: a = 50/0.0002 = 250000 m/(s*) = ~ 25500G

Jetzt kann man die Kraft ermitteln:
Strohballen: F = 0.05kg * 2500 m/(s*s) = 125 Newton (dies entspricht etwa einer Gewichtskraft von 12,8 kg.
Bratpfanne: F = 0.05kg * 250000 m(s*s) = 12500 N (entpsricht etwa 1280 kg).

Zu beachten ist, dass die ermittelten Kräfte in diesem Beispiel nur über die Zeit t wirken.
Ich hoffe das hat weitergeholfen und nicht zu sehr verwirrt. ;-). Wenn diese Beispiele zu sehr von der Realität abweichen, bitte ich dies zu entschuldigen. Sie sollten nur das Prinzip näher bringen.
Beste Grüße
Wulfilas

[captainplanet]

Die Frage nach der Kraft ist wenig sinnvoll.

Der Pfeil wird (stark vereinfachte Annahme) mit einer Kraft (z.B. 50lbs) über einen Weg von ca 20Zoll (28"Auszug-8" Standhöhe) beschleunigt. Kraft mal Weg ist Arbeit = kin. Energie = Masse * Intergral über Geschwindigkeitsänderung (1/2mv²).

Beim Bremsen findet das selbe umgekehrt statt. Ohne Angabe des Bremswegs ist keine Kraftangabe möglich! Oder: Harte Spitze auf hartes Ziel = kein Bremsweg = unendliche Kraft = gesplitterter Pfeil .

Sehr schön auf den Punkt gebracht. Dem ist nichts hinzuzufügen.
(Ich hols nur nochmal hervor, da es scheinbar nicht gelesen oder nicht verstanden wurde... )

Zu 2: Die Einschlaggeschwindigkeit ist die grosse Unbekannte. Sie kann für mein Beispiel nur angenommen werden. Ich gehe mal von 50m/s beim Einschlag in die oben genannten Ziele aus.

Daraus folgt eine Entschleunigungsdauer von:
Strohballen: t= 1m/(50m/s) = 0.02 s
Pfanne: t= 0.01m/(50m/s) = 0.0002 s

Nö, so einfach ist es auch nicht. Die Geschwindigkeit ist ja während der "Entschleunigung" ja nicht konstant, wie sicher unschwer einzusehen ist. Sie nimmt nicht einmal linear ab, da der Eindringwiderstand proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist, dann ist da noch zumindest im Falle der Bratpfanne eine nicht unwesentliche Formänderungsarbeit und weiß der Teufel was man noch alles berücksichtigen muß.... das wird richtig kompliziert!!!

[Wulfilas]

at captain.
Jupp da hast du recht. Habe die Abnahme der Geschwindigkeit übersehen bei der Berechnung der Zeit. Sie ist nicht linear und erstrecht nicht konstant. Sorry

Danke
Wulfilas

[Galighenna]

Öhm...
Man kann natürlich aus dem Bremsweg bei gegebener Geschwindigkeit die Verzögerung berechnen wenn die Beschleunigung (Reibung) konstant ist.
Man kann dies sogar immer noch relativ leicht berechnen, wenn man einen Konus hat, weil die Reibung über eine Funktion über den Durchmesser des Konus ansteigt.
Nur bei inhomogenen Körpern geht das nicht... Übrigens ist die Verformungsarbeit auch irrelevant, denn wie die Energie des Pfeiles umgesetz wird ist egal, ob das durch Reibung der SPitze am Material passiert und dabei Wärme entsteht, oder ob dabei Material plastisch verformt wird ist egal. Was zählt ist einzig der zurückgelegte Weg und die Anfangsgeschwindigkeit und das man ein homogenes Material und eine möglichst einfache Spitzenform hat, wo der der Wiederstand immer gleich bleibt (z.B. eine Platte Pfeilspitze) oder eben mit einer leicht zu bestimmenden Funktion (Konus etc) zunimmt.

[Wulfilas]

Übrigens ist die Verformungsarbeit auch irrelevant, denn wie die Energie des Pfeiles umgesetz wird ist egal, ob das durch Reibung der SPitze am Material passiert und dabei Wärme entsteht, oder ob dabei Material plastisch verformt wird ist egal. Was zählt ist einzig der zurückgelegte Weg und die Anfangsgeschwindigkeit

Richtig würde ich sagen. Allerdings als dritter Punkt ist der Beschleunigungsverlauf ausschlaggebend. Dafür wiederum spielen, neben vielen anderen Dingen auch die Form der Spitze und die Homogenität des Ziels (die Gali erwähnt) eine Rolle.

Vielleicht sollten wir nicht zusehr in die Physik abdriften und als Quintessenz ermitteln, dass:
Je härter das Ziel (und auch der Pfeil) und je schneller der Pfeil gebremst wird, desto höher die Aufschlagskraft

[Galighenna]

Als Anhaltspunkt kann man die 12,8kg und die 1,3t durchaus gelten lassen. Irgendwo in dem Bereich wird sich das abspielen...
Man bekommt ja nicht umsonst beim Larpen selbst durch KLeidung hindurch, mit gepolsterten Pfeilen noch teilweise Blaue Flecken. Und von Paintball gar nicht zu reden... das macht IMMER Blaue Flecken, und die Energien sind ähnlich... beim Paintball eher viel geringer.
Die Werte sind absolut plausibel innerhalb eines vernünftigen Rahmens.

[Wulfilas]

At Gali
bei den von mir ermittelten Werten hatte sich ein Fehler eingeschlichen, wie CaptainPlanet angemerkt hatte. Die Berechnung der Verzögerungsdauer t ist fehlerhaft, weil ich hier vergessen hatte, die Abnahme der Geschwindigkeit nach Einschlag zu berücksichtigen. Bei einer angenommenen konstanten Beschleunigung (Abbremsung) und damit verbundenen linearen Abnahme der Geschwindigkeit liegt die Kraft im Augenblick des Aufpralls bei der Hälfte der von mir ermittelten Werten.

[Galighenna]

Ähm ja stimmt ^^ sorry hatte ich selbst übersehen. Also Korrektur nach unten: 6-600kg

[captainplanet]

Übrigens ist die Verformungsarbeit auch irrelevant, denn wie die Energie des Pfeiles umgesetz wird ist egal, ob das durch Reibung der SPitze am Material passiert und dabei Wärme entsteht, oder ob dabei Material plastisch verformt wird ist egal. Was zählt ist einzig der zurückgelegte Weg und die Anfangsgeschwindigkeit ....

Wie meinen?
Die kinetische Energie des Pfeiles kann sich zu unterschiedlichen Teilen in Aufschlagskraft (diese Kraft verrichtet eine Arbeit; sie schubst den Ritter vom Pferd und entspricht somit physikalisch einer Energie), Reibungswärme und Verformungsarbeit (das Loch in der Rüstung, verbogene Pfeilspizten, splitternde Schäfte) aufteilen. Je mehr das eine ausmacht desto weniger bleibt für das andere. Es ist also, wenn man nur die Aufschlagskraft betrachtet, keineswegs irrelevant ob sich da was verformt.

Lg Georg

[intuitiv03]

Also das war jezt sehr verwirrend. Meine Pfeile sind ca 27g schwer und haben ungefähr eine Geschwindigkeit von 60m/s.
Kann mir das jemand ausrechenen. Danke!

[Galighenna]

Also das war jezt sehr verwirrend. Meine Pfeile sind ca 27g schwer und haben ungefähr eine Geschwindigkeit von 60m/s.
Kann mir das jemand ausrechenen. Danke!

Das kann dir keiner Ausrechnen... ließ doch mal was wir geschrieben haben...
Du hast uns weder gesagt worauf der Pfeil aufschlägt, noch was für Spitzen du hast, oder wie weit der Pfeil in das Ziel eindringt. Wie soll man da was ausrechnen...
Genau wird das auch nicht... Das is dann eher eine halbwegs vernünftige Schätzung.

[Galighenna]

Übrigens ist die Verformungsarbeit auch irrelevant, denn wie die Energie des Pfeiles umgesetz wird ist egal, ob das durch Reibung der SPitze am Material passiert und dabei Wärme entsteht, oder ob dabei Material plastisch verformt wird ist egal. Was zählt ist einzig der zurückgelegte Weg und die Anfangsgeschwindigkeit ....

Wie meinen?
Die kinetische Energie des Pfeiles kann sich zu unterschiedlichen Teilen in Aufschlagskraft (diese Kraft verrichtet eine Arbeit; sie schubst den Ritter vom Pferd und entspricht somit physikalisch einer Energie), Reibungswärme und Verformungsarbeit (das Loch in der Rüstung, verbogene Pfeilspizten, splitternde Schäfte) aufteilen. Je mehr das eine ausmacht desto weniger bleibt für das andere. Es ist also, wenn man nur die Aufschlagskraft betrachtet, keineswegs irrelevant ob sich da was verformt.

Lg Georg

Na es ging in der Ausgangsfrage auch nicht darum ob ein Reiter vom Pferd gerschubst wird oder nicht. Das is auch völlig irrelevant. Das was zählt ist die Kraft die der Pfeil beim Aufprall erfährt, durch die Umwandlung seiner kinetischen Energie. Diese Kraft überträgt sich auf den Reiter. EGAL ob die Arbeit die dabei verrichtet wird wärme erzeugt, oder Verformung von Metall. Kraft bleibt Kraft!
Beispiel:
Wenn ich Metall verbiege übe ich eine Kraft aus und lege eine Strecke zurück -> Arbeit X
Wenn ich wo dran reibe und Wärme erzeuge übe ich eine Kraft aus und lege eine Strecke zurück -> Arbeit Y
Beides zusammen genommen ergibt die gesamt Arbeit die der Pfeil verrichten kann und beide Kräfte addiert ergibt die Kraft die auf das Ziel einwirkt. Man kann also alle Kräfte, unabhängig davon welche Art vonArbeit sie verrichten, addieren und kommt zu einem Gesamtergebnis...
Ergo: Irrelevant ob Wärme oder Verformung oder oder oder... Kraft bleibt Kraft! Nur der Weg unterscheidet sich: Verformung, Wärme, zersplittern des Schaftes, aber all dies übt eine Kraft aus! Und die wirkt in Bewegungsrichtung des Pfeils...

[captainplanet]

Ein fliegender Pfeil hat keine Kraft. Nur Energie. Ein Teil dieser Energie kann darauf verwendet werden, als Kraftstoß Arbeit zu verrichten wenn der Pfeil wo auftrifft. Wenn sich dabei was verformt oder erwärmt, muß die dazu erforderliche Energie von der Gesamtenergie abgezogen werden und es kann weniger Arbeit verrichtet werden.

Glaubst Du nicht? Tritt mal gegen einen Fußball und schau, wie weit er fliegt. Diese Weite nimm näherungsweise als Maß für die Kraft, die im Moment des Tretens auf den Ball wirkt. Dann laß die Luft raus (mach den Ball verformbarer), tritt nocheinmal dagegen und schau, wie weit Du jetzt kommst.