Titanic-Frontalcrash

In der 2013er-Ausgabe, der sehr empfehlenswerten Serie “Denkanstöße” des Piper-Verlags, findet sich ein Ausschnitt aus Metin Tolans Buch “Titanic – Mit Physik in den Untergang”. Auch populärwissenschaftliche Literatur sollte Einsteins Prämisse “Mache die Dinge so einfach wie möglich – aber nicht einfacher” beherzigen. Übertriebene Simplifizierungen aus Rücksicht auf die breite Leserschaft sollten demgemäß unterbleiben. Dies war der Grund, warum ich die Idealisierung des Schiffs als masselose Feder mit dessen Gesamtmasse im Heck via E-Mail bemängelte. Leider vergeblich auf eine Antwort wartend, verlor sich flugs mein Fokus darauf.
Dann “erschien” mir der Professor für Experimentalphysik vor kurzem zufällig in einem automatisch nachfolgenden YouTube-Video, worin er kabarettistisch über Flugbahnen bei James Bond doziert. An die “verjährte” Leseprobe erinnert, kramte ich den damals in meinem “Sudelordner” abgehefteten Separationsansatz der partiellen Differentialgleichung für die frontale Kollision mit dem Eisberg heraus, und las abermals den betreffenden Abschnitt, um – noch kritischer – Folgendes zu erkennen:

  1. Es wird vorausgesetzt, dass die gesamte kinetische Energie in Verformungsenergie umgewandelt wird, ohne zu berücksichtigen, dass der Schiffsrumpf – um dies ertragen zu können – dabei aus allerbestem Federstahl bestehen müsste, da sich eine Höchstspannung von 1.568 MPa aufbauen würde.
  2. Die überraschende und gleichermaßen untaugliche Annahme ist aber, dass die dabei auftretende, geichmäßig über den ganzen Schiffsrumpf verteilte, elastische (!) Verkürzung von 2,11 m dann scheinbar schlagartig als plastischer Schaden am Bug auftritt!
  3. Weil dies von den etwa 20 m bei Computersimulationen weit entfernt ist, werden im Anschluss seitlich wirkende Scherkräfte postuliert.

Folgende Fragen seien erlaubt:

  1. Wäre ein sinusförmiger Verschiebungsverlauf nicht schon alleine deswegen richtiger, weil der Bug dann wegen der daraus folgenden nichtlinearen Dehnungen und somit Spannungen “weiß”, dass er am höchsten belastet ist und nachgeben sollte?
  2. Müsste das Ende der Elastizität hinsichtlich der tatsächlichen Streckgrenze, die Herr Foecke in NIST-IR 6118 – Metallurgy of the RMS Titanic mitteilt, nicht schon nach nur 0,36 bzw. vielmehr 0,23 m gekommen sein?
  3. Sollte man für die restliche Energie dann nicht beispielsweise die Ludwik-Gleichung bemühen, um die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Werkstoffs zu approximieren, damit die spezifische plastische Energie errechnet werden kann?
  4. Wären dann 12,5 oder besser 13,1 m plastische Verkürzung nicht ausreichend realitätsnah, wenn man bedenkt, dass der Bug tatsächlich “spitz” endet?

Von den 4 Wochenstunden Experimentalphysik am Beginn meines Maschinenbaustudiums ist kaum etwas geblieben, was Goethes Worte “Wir behalten von unseren Studien am Ende doch nur das, was wir praktisch anwenden” bestätigt. Technische Mechanik praktiziere ich allerdings bis heute. Wie dies bei Herrn Tolan – fachlich quasi umgekehrt – gelagert ist, kann nur er selbst wissen!

Die folgende Datei zeigt die Effekte obiger Annahmen und Fragen:

PS: Den bis heute anhaltenden, eigentlich unangebrachten Hype um den Untergang der Titanic schildert Professor Lehmann sehr treffend in 100 Jahre Titanic!