Worum geht es in dieser Challenge?
Den Teilnehmern werden zwei Modellzüge gegeben, die sich auf demselben Gleis gegenüberstehen. Um eine Kollision zu vermeiden, muss ein Bypass an der richtigen Stelle installiert werden, damit die Züge sicher aneinander vorbeifahren können.
Die Beschleunigung und Geschwindigkeit des Bummelzuges sind bekannt. Die des Schnellzuges müssen die Teilnehmer erst herausfinden. Basierend auf den beiden Geschwindigkeiten müssen die Teams einen Schnittpunkt finden, an dem sich die Züge treffen würden, um da den Bypass einzubauen.
Willst du es auch versuchen?
Hier sind alle Angaben, die du benötigst:
Distanz zwischen den Zügen beim Startpunkt: 6m
Bummelzug: Beschleunigung: 0,6 m in den ersten zwei Sekunden; Max. Geschwindigkeit: 0,40 m/s
Schnellzug: Beschleunigung: 0,7 m in den ersten zwei Sekunden; Max. Geschwindigkeit: 0,7m/s
Infobox
Erstelle ein Diagramm, in dem du die Geschwindigkeiten der beiden Züge darstellst.
Dafür musst du ein Zeit-Distanz-Diagramm erstellen. Lege die Achsen fest: die X-Achse gibt die Distanz an (in m); die Y-Achse gibt die Zeit an (in Sekunden).
Zeichne nun das Diagramm:
- Bummelzug: Zeichne die ersten zwei Punkte ein: der erste ist bei 0m und 0 Sekunden; der zweite ist bei 0,6m und 2 Sekunden. Ab dann ist die Geschwindigkeit konstant, sprich, jede Sekunde hinterlegt der Zug eine Strecke von 0,4m. Der nächste Punkt kommt also bei 1m und 3 Sekunden, und so weiter. Zeichne die nächsten Punkte ein und verbinde diese untereinander. Nun hast du die Linie des Bummelzuges.
- Schnellzug: Die Methode ist identisch, nur dass die Linie von rechts nach links gezeichnet werden muss, da der Schnellzug am anderen Schienenende (sprich, bei 6m) startet. Der erste Punkt des Schnellzuges liegt bei 6m und 0 Sekunden, der zweite bei 5,3m (6 – 0,7) und 2 Sekunden, der dritte bei 4,6m (5,3 – 0,7) und 3 Sekunden, etc. Nun kannst du die Linie des Schnellzuges zeichnen.
Hier ist das Diagramm aus der Show:
Interpretation: Die Linien zeigen, wie sich die Positionen der Züge über die Zeit ändern. Der Der Schnittpunkt der beiden Kurven zeigt den Zeitpunkt und die Position, an der sich die Züge treffen. Baue an diesem Punkt die Mitte des Bypasses ein.
Lösung: Die Mitte des Bypasses muss auf einer Distanz von 2,3m vom Startpunkt des Bummelzugs eingebaut werden.
Willst du wissen, wie die Teilnehmer aus der Show diese Challenge gemeistert haben?
Dann schau dir die Episode Nr.10 an! (Wird am 9.03 veröffentlicht)
Was ist der wissenschaftliche Hintergrund zu dieser Challenge?
Wie können Züge auf denselben Schienen fahren, ohne zusammenzustoßen? Dies muss sorgfältig geplant werden. Lokführer und Betriebszentrale sorgen zunächst für eine sichere Fahrt. Auf stark befahrenen Strecken werden oft mehrgleisige Systeme verwendet, um Züge in entgegengesetzte Richtungen zu trennen (sprich, ein Gleis für jede Richtung). Auf weniger befahrenen Strecken (z. B. in ländlichen Gebieten) teilen sich Züge manchmal ein Gleis. In diesem Fall wird der Zugverkehr so koordiniert, dass sie sich nie gleichzeitig auf demselben Abschnitt befinden.
Etwas Geschichte: Charles Ybry, ein französischer Ingenieur, wird oft als einer der ersten erwähnt, der Zeit-Weg-Diagramme (graphische Fahrpläne, die den Zugverkehr regeln) systematisch eingesetzt hat. Ybry entwickelte in den 1940er Jahren ein Diagramm, um Zugbewegungen auf der Strecke zwischen Paris und Le Havre zu planen. Es zeigt die Entfernung (mit Bahnhöfen) auf der vertikalen Achse und die Tageszeit auf der horizontalen Achse. Jedem Zug ist eine diagonale Linie zugeordnet, die vom Start zum Ziel führt. Wenn sich zwei Linien überschneiden, bedeutet dies, dass sich zwei Züge zur gleichen Zeit an der gleichen Stelle befinden und einer oder beide umgeplant werden müssen.
Um die Sicherheit von Zugfahrten zu gewährleisten, werden heutzutage Eisenbahnsysteme, Zugbeeinflussungssysteme und digitale Versionen des Zeit-Weg-Diagramms verwendet.
Eisenbahnsysteme sind die entlang einer Eisenbahnstrecke stehenden Streckensignale, die dem Lokführer Informationen über den Fahrweg übermitteln. Wichtige Informationen sind unter anderem, ob und mit welcher Geschwindigkeit gefahren werden darf, oder ob angehalten werden muss. Somit wird der Abstand zwischen zwei Zügen geregelt.
Und falls ein Lokführer ein Signal übersieht? Da hilft die automatische Zugsteuerung (ein Zugbeeinflussungssystem), die die Geschwindigkeit und Position der Züge überwacht und im Notfall automatisch bremsen kann. Diese Überwachung findet mittels Sensoren statt, die in den Zügen selbst, in den Gleisen sowie an Kontrollpunkten verbaut sind.
Züge folgen strengen Fahrplänen, die sicherstellen, dass sie sich nicht zur gleichen Zeit auf demselben Gleisabschnitt befinden. Das Gleis ist in Blockabschnitte unterteilt. Nur ein Zug darf sich in einem Blockabschnitt befinden. Der nächste Zug darf erst einfahren, wenn der vorherige Zug den Abschnitt verlassen hat. Zeit-Weg-Diagramme sind ein nützliches Werkzeug, um Zugfahrten zu planen und zu visualisieren. Heutzutage werden digitale Modelle verwendet, um Fahrpläne zu analysieren, anstatt statische Graphen. Diese Modelle basieren auf Datenbanken, in denen der gesamte Fahrplan als Netzwerk von Knoten und Kanten gespeichert wird, und Softwarealgorithmen helfen bei der Berechnung von Routen.
Ein paar Eindrücke aus der 10. Episode
Autorin: Diane Bertel
Editorin: Lucie Zeches (FNR)
Fotos: Emmanuel Claude
