Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben (1) Drehmoment Wenn du mit dem Fuß eine Kraft auf das Pedal ausübst, so erzeugt diese Kraft eine Drehwirkung an der Kurbel. Man sagt, diese Kraft erzeugt ein Drehmoment. Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Kraft Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Wovon ist dieses Drehmoment abhängig?

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Drehmoment Wovon ist dieses Drehmoment abhängig? Definition Aufgaben (1) Kraftarm r Wirkungslinie Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Kraft Aufgaben (2) Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Das Drehmoment ist abhängig - vom Betrag der Kraft F - von der Kraftrichtung - vom Abstand r der Drehachse zur Wirkungslinie der Kraft (Kraftarm)

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben (1) Drehmoment Wie hängen Kraft, Kraftarm und Drehwirkung zusammen? Wirkungslinie r Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Kleinerer Kraftarm r kleineres Drehmoment Kleinerer Kraftarm r und kleinere Kraft F kleineres Drehmoment

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Drehmoment Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben (1) Wirkungslinie Kraftarm r Kraft F Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Das Drehmoment M = Fr einer Kraft F ist das Produkt aus ihrem Betrag F und dem Kraftarm r. Einheit: 1 Nm

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben (1) Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Bremshebel Bremsgriff Drehmoment 1. Mit einem Drehmomentschlüssel möchtest du Radmuttern mit dem vorgeschriebenen Drehmoment von 110 Nm anziehen. Welche Kraft musst du dazu am Griff aufbringen, wenn er 40 cm von der Drehachse entfernt ist? 2. Welches Drehmoment erzeugst du am Kettenblatt eines Fahrrades, wenn du a) bei waagrechter Kurbelposition (00) b) bei einer „ 450 – Position“ (zeichnerische Lösung) c) bei senkrechter Kurbelposition (900) mit dem ganzen Körpergewicht senkrecht auf einem Pedal stehst? Nötige Zahlenwerte sind zu messen bzw. abzuschätzen. Vergleiche mit dem maximalen Drehmoment, das ein Pkw-Motor aufbringt. d) Bestimme das Drehmoment am Kettenblatt in Abhängigkeit vom Drehwinkel (00, 100 , 200 , . . . , 800) bei obigen Voraussetzungen. Zeichne ein Drehmoment-Winkel-Diagramm für eine ganze Umdrehung. Bestimme einen Mittelwert für eine Umdrehung. e) Überlege, welche Möglichkeiten beim Fahrradfahren angewandt werden, um ein höheres Drehmoment zu erzielen. Aufgaben (3)

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben (1) Drehmoment Welche Kraft wirkt nun in der Kette? Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Kraft FP Aufgaben (2) Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Was wäre zu beobachten, wenn nur die Kraft FP ein Drehmoment im Uhrzeigersinn erzeugen würde? Die Drehfrequenz von Kurbel, Kette und Zahnkranz nähme zu.

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Drehmoment Welche Kraft wirkt nun in der Kette? Kraft FK Definition Aufgaben (1) Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Kraft FP Die Kraft FK erzeugt am Kettenblatt ein Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn. Sind beide Drehmomente gleich groß, bleibt die Drehfrequenz konstant – man spricht vom Drehmomentgleichgewicht. Somit gilt also:

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben (1) Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Aufgaben Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Drehmoment a) Berechne die Kraft in der Kette, wenn bei waagrechter Kurbelposition ein 2 kg-Stück am Pedal hängt. Die nötigen Daten bitte am Fahrrad abmessen. Miss nun diese Kraft. Vergleiche den berechneten Wert mit dem Messwert. b) Welche Daten brauchst du, um das Drehmoment, das die Kette am Hinterrad hervorruft, berechnen zu können? Miss die nötigen Daten. Welches Drehmoment erzeugt also die Kette am Hinterrad? c) Welche Kraft „bringt das Hinterrad auf die Straße“? Mache zunächst eine Skizze mit den entsprechenden Kräften. Berechne sie und vergleiche mit dem experimentellen Wert. d) Mit welcher Kraft wird das Fahrrad also angetrieben, wenn du mit deinem ganzen Körpergewicht auf dem waagrechten Pedal stehst (zweites Pedal unbelastet)? e) Bestimme nun das maximale und das minimale Drehmoment sowie die maximale und minimale Antriebskraft am Hinterrad.

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Drehmoment Mit welcher Kraft wirkt ein Bremsklotz auf die Felge? Definition Aufgaben (1) Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Bremszug 40 N 10 cm Aufgaben (2) 160 N Bremshebel Bremsgriff 2, 5 cm Aufgaben (3) Drehachse

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Drehmoment Welche Kraft wird mit dem Bremszug übertragen? Definition Aufgaben (1) 40 N Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) 3 cm 20 N Drehachse 6 cm

Naturwissenschaft und Technik Grundlagen Kraftarm Zusammenhang Definition Aufgaben (1) Ergänzungen Drehmomentgleichgewicht Aufgaben (2) Drehmoment Nun soll die Kraft, die der Bremsklotz auf die Felge ausübt, gemessen werden. Montiere zunächst das Vorderrad ab. Lege das Fahrrad geeignet auf zwei Stühle (vorher abdecken), so dass ein Gewichtsstück am Bremshebel angehängt werden kann (wo? ). Ziehe nun mit einem Kraftmesser am Bremsgriff, bis der Bremshebel im Gleichgewicht ist. Kraft FB am Bremsgriff: Kraft FF auf die Felge: Bremshebel Bremsgriff Aufgaben (3) Aufgaben Berechne nun die Kraft auf die Felge (die dazu nötigen Daten bitte messen). Vergleiche mit den Messwerten.