Nagel einschlagen

Der Nagel ist der wichtigste Helfer bei vielen Arbeiten mit Holz. Zimmerleute und Dachdecker nageln praktisch rund um die Uhr. Echte Nagelkünstler sind allerdings die Einschaler, also Tischler, die Holzverschalungen für den Betonbau herstellen. Diese beherrschen die Kunst, Nägel bewusst krumm einzuschlagen, um extrem belast- und fast unlösbare Nagelverbindungen herzustellen, wie niemand sonst. Doch wie steht es mit der Physik des Nagelns? Lässt sich das Problem einfach modellieren und simulieren?

Problemstellung

Ein Hammer (Masse m₁ = 300 g) trifft mit der Geschwindigkeit v₁ auf einen Nagel (Durchmesser 2. 8 mm, Länge 70 mm, Masse m₂ = 3.5 g). Der Nagel besteht aus Eisendraht (Baustahl) mit einer Dichte ρ = 7850 kg/m³ und einem Elastizitätsmodul E = 2.1¹¹ Pa.

Dieser Vorgang, das Einschlagen eines Nagels, soll mittels eines Simulationsmodells möglichst realistisch nachgebildet werden.