Mechanische Energieströme?
ich komme bei dieser Physik Aufgabe einfach nicht weiter.
Ein Radfahrer benötigt für 200m auf einer waagerechten Strecke 30s. Seine mechanische Leistung beträgt 180W. Berechne die Kraft, die die Bewegung des Radfahrers hemmt. Erläutere, wie es zu der hemmenden Kraft kommt.
ich verstehe nicht ganz was mit hemmender kraft gemeint ist.
3 Antworten
Wie Du die verlangte Lösung berechnen kannst, hast Spiderpig42 schon erklärt.
Um zu erleben, was eine hemmende Kraft ist, fahr einfach mal ein paar Kilometer mit dem Fahrrad auf offener Landstraße bei Gegenwind. Auch wenn kein Gegenwind bläst, setzt dem Radfahrer jedenfalls der Fahrtwind eine hemmende Kraft entgegen, die um so stärker wird, je schneller er fährt. Nicht zuletzt deshalb ist es anstrengender, schnell zu fahren als langsam. Zur hemmenden Kraft trägt auch der Rollwiderstand bei, der durch die beim Verformen des Reifens im Gummi geleistete Walkarbeit entsteht.
Schau mal hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Fahrwiderstand
Etwas läßt die Aufgabe außer Acht: Sie tut so, als gäbe es in dem Antriebsmechanismus des Fahrrades, also Pedale, Tretlager, Kette, Getriebe, keine Verlustleistung. Die gibt es aber, und sie sind in den 180 W, die der Radfahrer leistet, mit enthalten. Der Wirkungsgrad des Antriebs ist kleiner als 100%. Je nach Bauart und Zustand gehen ein paar Prozent der Leistung des Fahrers durch Reibung im Antriebsmechanismus selbst verloren. Der Anteil der Leistung, mit dem der Fahrer gegen die hemmende Kraft arbeitet, ist deshalb kleiner als 180 W, und auch die hemmende Kraft selbst ist somit kleiner als die, die man auf dem hier gedachten vereinfachten Weg herausbekommt.
Für das System der Kettenschaltung sprechen die geringeren Reibungsverluste. Kettenblatt, Kette und Ritzel (hinten) bilden ein Getriebe mit einem Wirkungsgrad von etwa 95 Prozent, die Schaltung innerhalb der Nabe bei der Nabenschaltung ebenfalls. Zusammengenommen (Kettenverluste plus interne Verluste) ergibt sich bei der Nabenschaltung ein Wirkungsgrad von lediglich rund 90 Prozent.
https://de.wikipedia.org/wiki/Fahrradtechnik
Mit hochentwickelter Technik läßt sich der Wirkungsgrad allerdings so verbessern, daß man die Aufgabe guten Gewissens so wie vorgesehen ausrechnen könnte:
P = F*v, Leistung ist Kraft mal Geschwindigkeit. Und v= s/t.
Also ist F = P/v = P*t/s
Hemmende Kraft ist der Fahrwiderstand, den man überwinden muss, um eine konstante Geschwindigkeit zu halten.
Das ist die Summer aller Kräfte:
- Rollwiderstand
- Luftwiderstand
- Hangabtriebskraft, falls es bergauf geht. (Falls es bergab geht, hilft diese Kraft bekanntlich)
Energie ist gleich Kraft mal Weg. Und die Energie kannst du aus der Leistung und der Zeit ausrechnen.