Wieso haben höhere Gänge einen höheren Widerstand beim Fahrrad?
Kann mir jemand die Physik dahinter erklären?
höheren Widerstand
Meinst Du mit "Widerstand" die höhere Kraft, die man aufwenden muss. um das Pedal durchzutreten?
Ja
7 Antworten
Hebelgesetz: kleinerer Weg, größere Kraft
Und wie kann ich mir die als Hebel vorstellen?
muss das schwer sein... ein Zahn wird bewegt, das ist der Angriffspunkt des einen Arms. Das Zahnrad hat eine Achse, das ist der Drehpunkt. Das Zahnrad sitzt fest auf dem Hinterrad, der Punkt des Hinterrades, der auf dem Boden steht, ist der Angriffspunkt des anderen Arms. Noch klarer kann man es nicht machen.
Der Hebel ist der Punkt wo du die Kette dann ansetzt. Ist ja enger dann alles also hast du mehr Widerstand um einmal rumzukommen. Je länger der Hebel (weiter der Abstand zum Kreismittelpunkt, desto einfacher denn, dee ganze enstandene Hebel erledigt den Kraftaufwand für dich. Es ist ganz einfach: versuch mal ein Auto ohne Lenkrad die Reifen zu lenken: je größer das Lenkrad desto weniger Kraftaufwand. Genauso ist es wenn das Pedal mit der Kette dreht. Der Gang ändert die Umsetzung davon
Hat mit der Übersetzung zu tun. Angenommen du drehst ein Rad mit der Hand. Wenn du ganz außen drehst, gehts ganz einfach und langsam. Drehst du ganz innen gehts schwer und der Reifen dreht sich schnell. Genauso isses auch mit den unterschiedlich großen Ritzeln am Rad. Großes Ritzel (hinten) kleiner Gang, kleines Ritzel (hinten) großer Gang.
Mit der längeren Übersetzung erreichst du eine höhere Geschwindigkeit. Das bedeutet u.a. mehr Luftwiderstand und mehr Reibung. Du verrichtest also mit einer Pedalumdrehung in der gleichen Zeit mehr Arbeit. Arbeit ergibt sich aus Kraft mal Weg. Mehr Arbeit mit einer Pedalumdrehung (gleicher Weg) erfordert darum mehr Kraft.
Präzisierung: Die von mit mit einbezogene Zeit (gleiche Zeit pro Pedalumdrehung) bedeutet bei der längeren Übersetzung nicht nur mehr Arbeit und damit mehr Kraft, sondern auch höhere Leistung.
Bei Radlern ist das die sogn. Entfaltung, die ähnlich funktioniert, wie das Hebelgesetz.
Bei einer Kurbelumdrehung rollte das Bike entsprechend der Ritzel und dem Rad ca. 1,50 m bis 8,5 m weit, bei Rennrädern auch noch mehr!
Bei einer Entfaltung von 1,50 m kommt man auch am Berg hoch, weil die übertragene Kraft sehr groß ist, während man bei 8,50 m nicht soo schnell kurbeln muss, um trotzdem eine hohe Geschwindigkeit zu haben.
Im Grunde ist es sehr einfach:
Sagen wir mal, um dein Fahrrad eine Minute lang mit einer gewissen Geschwindigkeit zu bewegen, musst du eine Energiemenge von 10.000 Joule erbringen.
Das kannst du machen, indem du 100x in die Pedale trittst und dabei 100 Joule pro Pedaltritt drückst.
Oder du sagst, du willst schneller kurbeln, in jener Minute ganze 120x in die Pedale treten. Dann brauchst du nur 83 Joule pro Pedaltritt zu drücken, um am Ende der Minute die gleichen 10.000 Joule erbracht zu haben.
Oder du kurbelst langsamer, meinetwegen nur 70x in der Minute. Um insgesamt auf die gleiche Energiemenge zu kommen, musst du dann aber eben pro Pedaltritt 142 Joule erbringen.
Das, was du als Antriebsleistung erbringst, ist die Kraft pro Pedaltritt mal die Häufigkeit der Pedaltritte. Mit der Gangschaltung kannst du das ausbalancieren. Schneller kurbeln mit weniger Kraft, oder langsamer kurbeln mit mehr Kraft.
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Und die Gangschaltung macht das durch unterschiedliche Übersetzungen. Meinetwegen, dass eine Umdrehung an der Kurbel mal 2 Umdrehungen des Hinterrads gibt, und mal 2,5 Umdrehungen.
Die Übersetzung ergibt sich aus dem Größenverhältnis des Kettenblatts und des Ritzels. Und das wiederum sind im Grunde einfache Hebelgesetze, nur eben mit "runden Hebeln" und einer Kette dazwischen.
Wie kann ich mir die Fahrradkette als Hebel vorstellen?