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Hemmes mathematische Rätsel: Wie schnell dürfen die Autos fahren?

Eine stark befahrene Autobahn mit mehreren Fahrspuren in beide Richtungen. Die Autos sind in Bewegung, was durch die verschwommenen Lichter deutlich wird. Im Hintergrund sind Herbstbäume und ein blauer Wegweiser mit der Aufschrift "Siegen, Dreieck" zu sehen. Die Szene vermittelt den Eindruck von Verkehrsdichte und Pendlerverkehr.

Im April 2026 stellte der 1936 geborene Ingenieur Gerd Ehrhardt aus Aachen den Leserinnen und Lesern der Aachener Zeitung folgende Aufgabe.

Alle Autos auf einer Autobahn sind 5 m lang und halten stets genau einen Sicherheitsabstand in Metern zum vorherfahrenden Auto ein, der ihrer halben Geschwindigkeit in km/h entspricht. An einer Baustelle wird die Autobahn von zwei Spuren auf eine Spur reduziert. In der Baustelle fahren alle Autos mit einer konstanten Geschwindigkeit von 80 km/h.

Mit welcher konstanten und auf beiden Spuren gleichen Geschwindigkeit dürfen sich die Autos der Baustelle nähern, damit es zu keinem Stau kommt?

Ist eine Geschwindigkeit v konstant, so ist sie das Verhältnis v = s/t aus einem zurückgelegten Weg s und der dafür benötigten Zeit t. Daraus folgt, dass man eine Zeit t = s/v benötigt, um einen Weg s mit der Geschwindigkeit v zurückzulegen. Auf dem Tacho des Autos liest man den Zahlenwert T ab. Multipliziert man ihn mit km/h, erhält man daraus die Geschwindigkeit des Autos v = T km/h. Halbiert man den Wert T und multipliziert ihn mit m, bekommt man den Sicherheitsabstand a = ½T m. Alle Autos sind l = 5 m lang. In der Baustelle fahren sie v1 = 80 km/h schnell und haben einen Sicherheitsabstand von a1 = 40 m zum vorausfahrenden Auto.

Der Abstand der eigenen hinteren Stoßstange zur hinteren Stoßstange des vorausfahrenden Autos ist somit l + a1 groß. Um den Sicherheitsabstand zu wahren, darf ein Auto erst dann in die Baustelle einfahren, wenn das vorausfahrende Auto dort l + a1 weit hineingefahren ist. Dafür benötigt es die Zeit t1 = (l + a1)/v1. In dieser Zeit darf auf der zweispurigen Autobahn nur ein Auto die Baustelle erreichen, damit es nicht zu einem Stau kommt. Folglich darf auf jeder Spur nur in der Zeit t2 = 2t1 ein Auto zur Baustelle gelangen. Fährt es mit der Geschwindigkeit v2, so gilt t2 = (l + a2)/v2. Setzt man die beiden Zeiten in die Gleichung t2 = 2t1 ein, erhält man (l + a2)/v2 = 2(l + a1)/v1 oder (l + ½T2 m)/(T2 km/h) = 2(l + ½T1 m)/(T1 km/h) oder (5 m + ½T2 m)/T2 = 2(5m + 40 m)/80. Dies lässt sich zu T2 = 8 vereinfachen. Damit es vor der Baustelle zu keinem Stau kommt, dürfen sich ihr also die Autos nur mit v2 = 8 km/h nähern.

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