Freier Drehfall und Bruchverhalten seitlich umgelegter Schornsteine
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Formale Metadaten
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| Autor | ||
| Lizenz | CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung - keine Bearbeitung 3.0 Deutschland: Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt in unveränderter Form zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen. | |
| Identifikatoren | 10.3203/IWF/C-1604 (DOI) | |
| IWF-Signatur | C 1604 | |
| Herausgeber | ||
| Erscheinungsjahr | ||
| Sprache | ||
| Produzent | ||
| Produktionsjahr | 1985 |
Technische Metadaten
| IWF-Filmdaten | Film, 16 mm, LT, 120 m ; F, 11 min |
Inhaltliche Metadaten
| Fachgebiet | |||||
| Genre | |||||
| Abstract |
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| Schlagwörter |
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| IWF-Klassifikation |
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00:20
Bruchverhalten
00:54
SchornsteinSprengen
01:06
Bruch
01:17
SchornsteinBauzeichnungHohlkörperSchwerpunktGelbSchaft <Waffe>Bruchverhalten
01:44
BruchverhaltenPhysikalische GrößeDurchlass
02:31
DrehmomentSchornsteinSprengenBohrungSchwerpunktSockelGewichtsstückBegrenzerschaltung
03:40
SchornsteinFall
04:00
GeschwindigkeitMauerwerkSchornsteinTrennverfahrenBruchBeschleunigungBiegemomentFallKörper <Physik>Trägheit
05:02
DruckBruchverhaltenBiegemomentDruckQuerkraftBiegemoment
05:59
QuerkraftSchornsteinTrägheitskraftBruchBiegemomentFall
06:21
BeanspruchungDruckMauerwerkSchornsteinBruchBiegespannungKurve <Verkehrswegebau>Druckgradient
07:29
FestigkeitSchornsteinBauweiseFallGrenzlinie
08:16
Gesetz <Physik>BeschleunigungFallSchwerpunkt
09:05
BalkenSchornstein
09:19
SchornsteinGesetz <Physik>
09:59
RaumfahrtLuft
Transkript: Deutsch(automatisch erzeugt)
00:35
Eine Schornsteinsprengung. Ein faszinierendes Schauspiel.
00:41
Hier in Zeitdehnung. Die Bauwerke, die hier zusammenstürzen, haben ihre Schuldigkeit getan. In wenigen Sekunden ist vernichtet, was einmal in monatelanger Arbeit errichtet wurde. Hier eine andere Sprengung. Deutlich zu erkennen ist das charakteristische Drehverhalten der Schornsteine.
01:06
Auch dieser alte Kohlekamin zeigt den Drehfahl mit Bruch hier in Echtzeit. Der Bauzeichnung entnehmen wir die wesentlichen Konstruktionsmerkmale eines Schornsteins.
01:26
Wir können ihn als dünnwandigen Hohlkörper ansehen. Die lange, konisch zulaufende Schaft hat einen tiefliegenden Schwerpunkt. Der Innenmantel gelb und der Außenmantel rot sind durch Fugen in zahlreiche Segmente unterteilt.
01:41
Zur Vorhersage des Bruchverhaltens genügt die Annahme einer vereinfachten Geometrie des Fallkörpers. Damit werden die beobachteten Phänomene bereits recht gut wiedergegeben. Drei dimensionslose Verhältniszahlen kennzeichnen den Fallkörper.
02:02
Das Verhältnis von Höhe gross H zur Durchmesser D0 am Boden. Die Verjüngung, das heißt das Verhältnis des Durchmessers D1 an der Spitze, zum Durchmesser D0 am Boden. Und der Durchlass hier in Aufsicht.
02:24
Er gibt das Verhältnis von Öffnungsquerschnitt FI innen zum Gesamtquerschnitt FA außen an. Die sorgfältigen Vorbereitungen einer Sprengung beginnen mit dem Ausstemmen zweier Fallschlitze im unteren Teil des Sockels.
02:44
Hier werden an der sogenannten Schornsteintrommel in Fallrichtung die gewünschten Bohrungen für den Sprengstoff angebracht. Rechts die Aufsicht auf den Querschnitt durch die Schornsteintrommel in Höhe der Sprenglöcher.
03:03
Sobald 55% des Trommelumfangs entfernt sind, beginnt der Drehfall des Schornsteins. Die eine Seite der Schornsteintrommel wird in Fallrichtung über die gesamte Höhe der Fallschlitze hinweg herausgespringt. Damit ist dem Schornstein die Unterstützung seines Schwerpunktes S entzogen.
03:23
D ist sein horizontaler Abstand von den hinteren Begrenzungen der Fallschlitze. Mit der Gewichtskraft gross g des Schornsteins bildet klein d ein Drehmoment von Betrage d mal g. Dieses leitet den freien Drehfall ein.
03:42
Hier der Vorgang in 16-facher Zeitdehnung. Nicht immer kippen Schornsteine so gezielt wie in diesem Fall.
04:06
Hier neigt sich der Drehkörper mit wachsender Geschwindigkeit zur Seite. Im freien Drehfall wächst die Beschleunigung des Körpers mit dem Abstand vom Drehpunkt und verursacht infolge der Trägheit des Mauerwerks ein Biegemoment.
04:21
Dort wo dieses Biegemoment am größten ist, erfolgt der Bruch. Nach der Abtrennung fällt der obere Teil des Schornsteins im freien Fall zu Boden. Der untere Teil dreht sich beschleunigt weiter und trifft deutlich früher am Boden auf als der frei fallende Rest.
05:12
Zunächst interessiert uns die Ursache des Bruchvorgangs. Dazu betrachten wir Zug und Druck an einem Körper mit horizontaler Längsachse.
05:21
Wird er in Achsenrichtung auf Zug beansprucht, dann ist die Spannung sigma y größer als Null. Der Körper wird gedehnt. Wird dagegen in Längsrichtung Druck ausgeübt, dann straucht sich der Körper und die Spannung ist kleiner als Null.
05:44
Angreifende Querkräfte rufen ein Biegemoment hervor. Auf der einen Seite entsteht ein Zug, auf der anderen Seite Druck.
06:02
Auch am kippenden Schornstein wirken Querkräfte. In Fallrichtung greift die Querkomponente der Schwerkraft an. Auf der dem Fall abgewandten Seite zieht die Trägheitskraft. Daher verformt ein Biegemoment den Schornstein und verursacht den Bruch.
06:24
In einer Computerberechnung ist waagerecht die Schornsteinachse vom Boden bei Null bis zur Spitze bei Eins aufgetragen. Senkrecht die Biegespannung. Druck und Zug bilden extrema in unterschiedlichen Höhen aus, hier durch Punkte auf den Kurven markiert.
06:43
Auf der Fallseite, obere Kurve, liegt die maximale Zugbelastung mehr zur Schornsteinspitze hin, als die maximale Druckbelastung auf der anderen Seite, untere Kurve. Das Mauerwerk wird immer stärker belastet, bis bei einer Neigung von etwa 12 Grad der Schornstein bricht.
07:03
Zwei Sternchen markieren die Stellen extremer Beanspruchung. Die Lage des Bruchs am Schornstein lässt sich vorher bestimmen, nicht aber der Zeitpunkt. Hier nochmals die entscheidende Bruchphase.
07:32
Auf der Fallseite liegt die Bruchstelle deutlich höher als auf der dem Fall abgewandten Seite.
07:43
Die Lage der Bruchstellen unserer theoretischen Berechnung stimmt überraschend gut überein mit der Lage in diesem Standfoto. Auch auf dem Standbild der anfangs gezeigten Doppelsprengung liegen die Bruchstellen auf der Fallseite deutlich höher als auf der gegenüberliegenden Seite.
08:02
Oberhalb der untersten Bruchlinie treten noch weitere, höhere auf. Bei offenbar gleicher Bauweise zeigt der linke Schornstein eine höhere Festigkeit als der rechte.
08:24
Die Gesetze des freien Falls gelten stets für den Schwerpunkt fallen der Körper. Im freien Drehfall fallen daher alle Teile oberhalb des Schwerpunktes rascher, als der Beschleunigung im freien Fall entspricht.
08:41
Dies zeigt die Stroboskopaufnahme. Der Golfball fällt deutlich langsamer als das freie Ende des Fallbalkens, denn im freien Drehfall erfährt das freie Balkenende oberhalb des Schwerpunktes eine größere Beschleunigung als der frei fallende Golfball.
09:06
Hier der Versuch. Und jetzt in Zeitdehnung erst der Drehfall des Balkens und nun der gesprengte Schornstein.
09:27
Für das abwärtsdrehende Unterteil gelten die Gesetze des freien Drehfalls. Das abgetrennte Oberteil des Schornsteins verhält sich wie ein Körper im freien Fall, allerdings mit vorgegebener Anfangsgeschwindigkeit.