Physik am Fahrrad
Physik am Fahrrad
Entstehung des Fahrrads:
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1.Akt (1817-1820): Die Draisine 1817 erfand der badische Forstbeamte Freiherr Karl von Drais die Draisine. Dies war eine Laufmaschine, um längere Strecken schneller zurückzulegen. (1820-1861) Nach dem fieberhaften Erfinden von Eisenbahnen, Dampfmaschinen, dem Telefon, kam 1861 der zweite "Startschuss" der Entwicklung des Fahrrads. |
| 2. Akt (1861-1870): Das Pedalveloziped Es wurden Tretkurbeln und Pedale am Vorderrad einer Laufmaschine befestigt. Pierre Michaux stellte 1867 sein Fahrradmodell in Paris vor. 1869 gründete er die 1. Fahrradfabrik der Geschichte, in welcher 200 Velos pro Tag produziert wurden. 1870 ging er Konkurs und England stieg in das Fahrradgeschäft ein. |
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3.Akt (1870-1880):Das Hochrad Den Engländern war die Velos zu langsam. Anhand des Gesetzes: pro Pedaltritt eine Radumdrehung, überlegten sie sich, dass das Vorderrad größer sein müsste um schneller zu sein. Das Hinterrad war dafür umso kleiner zum besseren Aufsteigen. |
| 4. Akt: Das Niederrad Das Hochrad war nicht sicher und man brauchte eine Lösung. Diese kam aus England: ein Übersetzungsgetriebe auf das verkleinerte Vorderrad. 1885 wurde die Kraft per Kette auf das Hinterrad übertragen. Am bekanntesten war "der Rover" von John Kemp Starley. Nach und nach sah das Fahrrad dem heutigen immer ähnlicher. So wurden Federung, Luftreifen, Freilaufnabe und Rücktrittbremse Bestandteile des normalen Rades. |
Physik
Das Fahrrad wiegt nur etwa ein Fünftel unseres eigenen Körpergewichtes und verleiht uns dennoch Flügel: Mit dem Rad sind wir rund fünfmal so schnell wie zu Fuß.
Leistung:
Der Wirkungsgrad einer Maschine kennzeichnet den Unterschied zwischen aufgenommener und abgegebener Energie. Ein Radfahrer, der bei Windstille in der Ebene etwa 15 km/h fährt muss eine mechanische Leistung von etwa 50 W (Watt) aufbringen.
Energie.
Energie ist das Vermögen, eine bestimmte Leistung über eine bestimmte Zeit erbringen zu können.
Fährt der Radfahrer eine Stunde lang mit 15 km/h, dann hat er die mechanische Energie von 50 Wh.
Wo bleibt die Energie?
Beim Bergabfahren nutzen wir die in der Masse von Rad und Fahrer gespeicherte Lageenergie. Deshalb fährt man bergab auch schneller, denn die potientielle Enegie wird in kinetische Energie umgewandelt. Die schwereren Fahrer haben dazu noch den Vorteil, dass sich bei Ihnen die Bremswirkung durch den Luftwiderstand weniger auswirkt als bei den leichteren.
Beim Rückenwind nutzt man die kinetische Energie des Windes. Doch leider geht es nicht immer bergab und der Wind kommt auch nur selten aus der gewünschten Richtung. Also müssen wir das Rad durch einen kräftigen Tritt in die Pedale in Schwung bringen und halten, dabei brauchen wir Energie um
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Rollwiderstand Der Rollwiderstand hängt vom Laufdurchmesser und der verwendeten Bereifung, insbesondere aber vom Reifendruck ab. Multipliziert man den Rollwiderstandkoeffizienten mit der Summe der Gewichte des Fahrers und des Rades, so erhält man den Wert der Kraft, die notwendig ist, um den Ausgleich der Rollreibung zu erreichen. Reifen mit großem Durchmesser haben bei gleichem Druck oft einen niedrigeren Rollwiderstand als kleinere. |
| Luftwiderstand Die Stärke des Luftwiderstandes nimmt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu. Das bedeutet, wenn man doppelt so schnell fährt, hat man gegen einen vervierfachten Luftwiderstand anzukämpfen. Um diesen zu reduzieren gibt es verschiedene Möglichkeiten. Man macht sich "windschlüpfrig" in dem man z.B eine Verkleidung am Lenker anbringt oder man versucht seine Windfläche zu verkleinern, in dem man z.B in Rennhaltung fährt oder mit einem Liegerad fährt. |
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Früher hieß es: Pro Pedalumdrehung eine Radumdrehung. Den Umfang des Rades nennt man Entfaltung. Das typische Hochrad hatte eine Entfaltung von 4,50 m. Nur mit der Kettenübersetzung ließ sich eine gewünschte Entfaltung von vier bis fünf Meter je Kurbelumdrehung erzielen. Wie groß eine Entfaltung ist lässt sich so errechnen:
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Kettenschaltung An der Entfaltungsformel kann man auch erkennen, wie eine Kettenschaltung funktioniert. Das Übersetzungsverhältnis lässt sich durch die Kombination von meist 3 Kettenblättern vorn, welche an der Tretkurbel befestigt sind, und 8 Ritzeln hinten, welche 11,12,14,16,18,21,24 und 28 Zähne haben, variieren. Von den 24 Kombinationen lassen sich nur 12 wirklich sinnvoll nutzen, denn einige sollten nicht benutzt werden, weil die Kette extrem schräg liefe. |
Teile des Fahrrades
Dynamo: Maschine zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie. Diese liefert Strom für die Beleuchtung.
Felgenbremse: Bremse, die mit Handhebeln bedient wird. Die Kraftübertragung erfolgt über einen Bowdenzug. Die Bremsklötze nehmen die Felge in die Zange. Je genauer die Auflageflächen einander angepasst werden, desto stärker die Reibung - desto höher die Bremskraft.
Bowdenzug: In einem Spiralschlauch aus Stahldraht befindet sich ein Draht, der gegen die Hülle verschoben wird. Mit diesem Drahtzug ist es möglich, Kraft ohne große Verluste um die Ecke zu übertragen.
Rücktrittbremse: Die Bremskraft wird über die Pedale und Kette auf die Nabe übertragen. Nabe: Mittelpunkt der Laufräder. Mit diesem Teil sitzt das Rad auf der Achse.
Quellen: