Hallo,
warum kann ich auf einem fahrenden Fahrrad das Gleichgewicht halten, auf einem stehenden aber nicht?
Gruß, Martin
Hallo Martin,
durch die Rotation der Räder wird das Fahrrad stabilisiert - je schneller umso stabiler.
Gruß, Mirabelle
Hi,
durch die Rotation der Räder wird das Fahrrad stabilisiert -
je schneller umso stabiler.
Wer schon mal versucht hat, mit dem Fahrrad über eine Eisfläche zu fahren, würde sowas nicht behaupten…
Gruß
Oliver
Hallo!
Ist durch die Drehimpulserhaltung erklärbar. Es gibt ein Experiment dazu, was den Satz anschaulich macht - man setzt sich auf einen drehbaren Stuhl (ohne Rollen) und hält ein auf einer Achse drehbar gelagertes Rad an beiden Enden der Achse mit ausgestreckten Armen von sich weg (Rotationsachse parallel zum Boden). Wenn du das sich drehende Rad nach links kippst (wie wenn du beim Radfahren umkippst) wirst du auf dem Stuhl nach rechts gedreht. Der Gesamtdrehimpuls bleibt nämlich erhalten. Wenn du also beim Radfahren nach links kippst, neigen sich die drehenden Räder und du erfährst einen Drehimpuls in die entgegengesetzte Richtung, welche dich zurückzudrehen versucht. So wird es leicht das Gleichgewicht zu halten,
viele Grüße
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Hi,
durch die Rotation der Räder wird das Fahrrad stabilisiert -
je schneller umso stabiler.Wer schon mal versucht hat, mit dem Fahrrad über eine
Eisfläche zu fahren, würde sowas nicht behaupten…
Vielleicht doch, wenn er noch könnte 
*Zack und weg*
Hallo!
Das mit dem Drehimpuls ist zwar richtig, aber nur ein Nebeneffekt. Tatsächlich fällt auch jeder „Fahrrad-Anfänger“ sehr schnell um, wenn er fährt. Relativ schnell lernt man aber einen Reflex, dass man (wenn man nach links zu fallen droht) etwas nach links steuern muss und sich das Fahrrad dann von selbst wieder aufrichtet.
Es wäre sehr schwer, auf einem starren Fahrrad das Gleichgewicht zu halten. (Deswegen ist es auch so schwierig, einer geraden Linie zu folgen).
Aufgrund der Geometrie (vor allem: Neigung des Steuerrohrs und Krümmung der Gabel) neigt das Fahrrad sogar von selbst ein bisschen dazu, dem Kippen entgegen zu steuern. Es gibt ganz nette Experimente, wo man einen Kartoffelsack auf den Sattel eines elektrobetriebenen Fahrrads gesetzt hat und der Sack verhältnismäßig lange gefahren ist, ohne zu stürzen.
Michael
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Wenn du also beim Radfahren nach links kippst,
neigen sich die drehenden Räder und du erfährst einen
Drehimpuls in die entgegengesetzte Richtung, welche dich
zurückzudrehen versucht.
Das ist ein populärer Irrtum. Das Ausweichmoment ist dem angreifenden Drehmoment nicht entgegengesetzt gerichtet, sondern steht senkrecht dazu. Wenn das Rad also beispielsweise nach rechts kippt, dann führt das Ausweichmoment nicht dazu, daß sich dasa Rad wieder aufrichtet, sondern das Vorderrad dreht sich nach rechts. Dadurch wird aus dem Kippen eine Rechtskurve. Erst jetzt führt die seitliche Führungskraft zu einem Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung, die das Fahrrad erst wieder aufrichtet und das vorderrad wieder in Fahrrichtung dreht (vorausgesetzt, die Gabel zeigt nach vorn) und dann dazu führt, daß es in die entgegengesetzte Richtung kippt, wo sich das Spiel wiederholt.
Daß das Fahrrad nicht durch den Drehimpuls der Räder stabilisiert wird, kann man ganz einfach zeigen, indem man den Lenker festschweißt und so die Kurvenfahrt verhindert. Dann ist das Fahrrad während der Fahr genauso instabil, wie im Stand.
Hi,
Das ist ein populärer Irrtum. Das Ausweichmoment ist dem
angreifenden Drehmoment nicht entgegengesetzt gerichtet,
sondern steht senkrecht dazu. Wenn das Rad also beispielsweise
nach rechts kippt, dann führt das Ausweichmoment nicht dazu,
daß sich dasa Rad wieder aufrichtet, sondern das Vorderrad
dreht sich nach rechts. Dadurch wird aus dem Kippen eine
Rechtskurve.
nehmen wir mal ein gleiches, aber extremeres Beispiel her: Wir befahren mit unserem Motorrad mit 80m/s (also recht schnell) eine schnurgrade Autobahn. Plötzlich wird die Lenkung blockiert. Frage: fällt das Motorrad dann augenblicklich um? Wenn nein, warum nicht? Eigentlich müsste ich doch gegen das ständig vorhandene Kippmoment mit dem Lenker dauerhaft (recht hochfrequent) hin- und herschwenken.
Nachtgruß,
J~
Hi Martin,
auch auf einem stehenden Fahrrad kannst Du das Gleichgewicht halten, es ist nur viel schwieriger. Gezeigt wird das bei jeder Meisterschaft der Kunstrad- und der Trialfahrer.
Das Gleichgewicht in der Bewegung hältst Du durch Gewichtsverlagerung, unterstützt durch Gegenlenken. Das lernt sich so schnell, dass es niemand jemals wieder vergisst, selbst wenn er 30 Jahre nicht mehr auf dem Fahrrad sitzt. Erst im hohen Alter, wenn der Gleichgewichtssinn verfällt, geht die Fähigkeit verloren.
Mit dem Drehmoment hat das Radfahren nicht das Geringste zu tun, es klappt selbst auf Rädern, die auf winzigen Kugeln anstatt auf Speichenrädern laufen.
Gruß Ralf
Hallo!
nehmen wir mal ein gleiches, aber extremeres Beispiel her: Wir
befahren mit unserem Motorrad mit 80m/s (also recht schnell)
eine schnurgrade Autobahn. Plötzlich wird die Lenkung
blockiert. Frage: fällt das Motorrad dann augenblicklich um?
Wenn nein, warum nicht? Eigentlich müsste ich doch gegen das
ständig vorhandene Kippmoment mit dem Lenker dauerhaft (recht
hochfrequent) hin- und herschwenken.
Der Drehimpuls eines Rades ist L=J*omega (L: Drehimpuls, J: Trägheitsmoment, omega: Kreisfrequenz). Damit ist der Drehimpuls gleich aus zwei Gründen größer als beim Fahrrad. Natürlich wird durch den erhöhten Drehimpuls die Lage der Rotationsachse im Raum stabilisiert. Es gibt aber kein aufrichtendes Moment, d. h. die Normallagen (Achsen horizontal) wird durch die Räder genauso stabilisiert wie eine starke Schräglage.
Ein Motorrad kippt also genauso, egal ob es schnell oder langsam fährt, ABER: Die Kippbewegung ist bei schnellerer Fahrt langsamer. Und: Bei schnellerer Fahrt ist das Drehmoment auf die Lenkachse größer. D. h. der Motorradfahrer hat erstens mehr Zeit zur Reaktion auf das Kippen und die das Vorderrad führt schneller die Bewegung aus, die von DocStupid beschrieben wurde.
Michael
Mit dem Drehmoment hat das Radfahren nicht das Geringste zu
tun, es klappt selbst auf Rädern, die auf winzigen Kugeln
anstatt auf Speichenrädern laufen.
Hallo,
wenn ich aus einem Fahrrad ein Rad ausbaue und anstoße, dann rollt es viele Meter ohne umzukippen, auch auf unebenem Gelände. Erst, wenn es zu langsam wird, also wenn sein Drehimpuls offenbar zu klein ist, kippt es um. Wie ist das dann zu erklären, wenn nicht mit der Drehimpulserhaltung?
Olaf
Hallo Olaf,
wenn ich aus einem Fahrrad ein Rad ausbaue und anstoße, dann
rollt es viele Meter ohne umzukippen, auch auf unebenem
Gelände. Erst, wenn es zu langsam wird, also wenn sein
Drehimpuls offenbar zu klein ist, kippt es um. Wie ist das
dann zu erklären, wenn nicht mit der Drehimpulserhaltung?
- Ist bei einem einzelnen Rad die Wirkung des Drehimpulses nicht mehr vernachlässigbar gegenüber den anderen Kräften. Dazu kommt noch ein ganz entscheidender Unterschied zum Fahrad: Das Fahrad hat zwei Auflagepunkte. Dadurch ist die Drehung des Fahrades um vertikale Achse blockiert. Zur Stabilisierung wäre aber eine Präzessionsbewegung des Rades um die vertikale und die Längsachse des Fahrades notwendig. Ohne diese Freiheitsgrade des Rades für eine Präzessionsbewegung ist die stabilisierende Wirkung des Drehimpulses gleich null.
- Wirkt hier der gleiche stabilisierende Effekt wie bei Fahrad: Sobald das Rad zu kippen droht, fährt es eine Kurve in Kipprichtung und wird durch die Fliehkraft wieder aufgerichtet
Jörg
Hallo Michael,
Der Drehimpuls eines Rades ist L=J*omega (L: Drehimpuls, J:
Trägheitsmoment, omega: Kreisfrequenz). Damit ist der
Drehimpuls gleich aus zwei Gründen größer als beim Fahrrad.
Natürlich wird durch den erhöhten Drehimpuls die Lage der
Rotationsachse im Raum stabilisiert.
Natürlich nicht. Wenn beide Räder Bodenkontakt haben und das Motorrad kippt, entsteht nur ein Drehmoment um die Vertikale Achse und das wird direkt in den Asphalt abgeleitet.
Es gibt aber kein
aufrichtendes Moment, d. h. die Normallagen (Achsen
horizontal) wird durch die Räder genauso stabilisiert wie eine
starke Schräglage.
Ich bin kein Motorradfahrer, aber meines Wissens fährt man starke Schräglagen nur in steilen Kurven. Deiner Aussage nach müßte das dann auch auf schnurgerader Strecke möglich sein.
Ein Motorrad kippt also genauso, egal ob es schnell oder
langsam fährt, ABER: Die Kippbewegung ist bei schnellerer
Fahrt langsamer.
Wenn es beim Kippen weiter geradeaus fährt, müßte es genauso schnell kippen.
Und: Bei schnellerer Fahrt ist das Drehmoment
auf die Lenkachse größer. D. h. der Motorradfahrer hat erstens
mehr Zeit zur Reaktion auf das Kippen und die das Vorderrad
führt schneller die Bewegung aus, die von DocStupid
beschrieben wurde.
Per Versuchsbedingung sollte der Lenker blockiert sein. Insofern hat der Fahrer keinen Einfluss mehr auf die Lenkachse.
Jörg
Hallo!
Der Drehimpuls eines Rades ist L=J*omega (L: Drehimpuls, J:
Trägheitsmoment, omega: Kreisfrequenz). Damit ist der
Drehimpuls gleich aus zwei Gründen größer als beim Fahrrad.
Natürlich wird durch den erhöhten Drehimpuls die Lage der
Rotationsachse im Raum stabilisiert.Natürlich nicht. Wenn beide Räder Bodenkontakt haben und das
Motorrad kippt, entsteht nur ein Drehmoment um die Vertikale
Achse und das wird direkt in den Asphalt abgeleitet.
Statisch betrachtet magst Du ja recht haben, aber dynamisch stimmt das nicht. Warum kippt denn ein Kreisel nicht?
Ich bin kein Motorradfahrer, aber meines Wissens fährt man
starke Schräglagen nur in steilen Kurven. Deiner Aussage nach
müßte das dann auch auf schnurgerader Strecke möglich sein.
Ich bin auch kein Motorradfahrer, aber ich kenne die Regel „Geschwindigkeit gibt Sicherheit“. Ein schnell fahrendes Motorrad kippt nicht so leicht wie ein langsam fahrendes. Ist so.
(Beim Fahrrad spielt aber wie gesagt der Drehimpuls der Räder eine vergleichsweise geringe Rolle.)
Michael
Re: Fernsehen bildet doch!
Hallo Martin,
warum kann ich auf einem fahrenden Fahrrad das Gleichgewicht
halten, auf einem stehenden aber nicht?
war vor einiger Zeit im Fernsehen zu sehen
http://www.kopfball.de/arcflm.phtml?kbsec=arcflm&dr=…
Gandalf
Natürlich nicht. Wenn beide Räder Bodenkontakt haben und das
Motorrad kippt, entsteht nur ein Drehmoment um die Vertikale
Achse und das wird direkt in den Asphalt abgeleitet.Statisch betrachtet magst Du ja recht haben, aber dynamisch
stimmt das nicht. Warum kippt denn ein Kreisel nicht?
Wenn am Kreisel ein Drehmoment angreift, dann führt er durch das Ausweichmoment eine Präzessionsbewegung aus. Das ist bei einem Zweirad etwas schwierig, solange es mit beiden Rädern die Straße berührt.
„Geschwindigkeit gibt Sicherheit“. Ein schnell fahrendes
Motorrad kippt nicht so leicht wie ein langsam fahrendes. Ist
so.
Nur solange die Vorderachse beweglich ist. Andernfalls kippt es genauso schnell um, als wenn es steht. Das Drehmoment der Räder könnte höchstens dazu führen, daß das Motorrad in der Schräglage anfängt, sich um eine vertikale Achse zu drehen. Wenn diese Ausweichbewegung verhindert wird (weil die Räder zum Glück nicht so schnell seitlich wegrutschen), dann gibt es nichts, was das Kippen aufhalten könnte.
Hi,
Ich bin auch kein Motorradfahrer, aber ich kenne die Regel
„Geschwindigkeit gibt Sicherheit“. Ein schnell fahrendes
Motorrad kippt nicht so leicht wie ein langsam fahrendes. Ist
so.
Du kannst du dich übrigens auch selbst davon überzeugen, dass der Drehimpuls alleine keine stabilisierende Wirkung hat: Stelle einfach dein Fahrrad auf den Sattel und bring das Hinterrad mit den Pedalen ordentlich auf Touren. Wenn du nun versuchst das Fahrrad um seine Längsachse zu kippen, wist du keinen Unterschied zum Fall still stehender Räder feststellen.
Gruß
Oliver
Hallo Ihr beiden!
Wenn am Kreisel ein Drehmoment angreift, dann führt er durch
das Ausweichmoment eine Präzessionsbewegung aus. Das ist bei
einem Zweirad etwas schwierig, solange es mit beiden Rädern
die Straße berührt.
Einverstanden.
„Geschwindigkeit gibt Sicherheit“. Ein schnell fahrendes
Motorrad kippt nicht so leicht wie ein langsam fahrendes. Ist
so.Nur solange die Vorderachse beweglich ist. Andernfalls kippt
es genauso schnell um, als wenn es steht. Das Drehmoment der
Räder könnte höchstens dazu führen, daß das Motorrad in der
Schräglage anfängt, sich um eine vertikale Achse zu drehen.
Wenn diese Ausweichbewegung verhindert wird (weil die Räder
zum Glück nicht so schnell seitlich wegrutschen), dann gibt es
nichts, was das Kippen aufhalten könnte.
Ich weiß, dass ich mich auf dünnem Eis bewege, denn das ist bei mir ziemlich lang her. Wenn Ihr also meint, Ihr könnt mich widerlegen: Nur zu, man lernt nie aus.
Im folgenden sei die x-Achse die Fahrtrichtung des Motorrads, y die Richtung der Achse (nach links) und z die Vertikale (nach oben). Das fahrende Motorrad hat einen Drehimpuls L1 = (0, L1, 0). Es greift ein Drehmoment (aufgrund von Seitenwind oder später der Schwerkraft an): M (phi) = (M(phi), 0, 0). phi sei die Neigung des Motorrads gegenüber z. Es gilt nun
d L /dt = M
Im Endzustand (Das Motorrad liegt komplett auf der Seite) beträgt L2 = (0, 0, L2).
Kann mir einer von Euch zwei erklären, wie ein Drehmoment, das auf die x-Komponente eines Vektors wirkt, dessen y- und z-Komponenete ändert? Okay, wir können ein zusätzliches Drehmoment annehmen, das die Drehung des Rades um die z-Achse unterbindet (Spurtreue durch verschraubte Lenkstange). Dann habe ich aber immer noch keine Komponente in y-Richtung!
Michael
Hallo Michael,
du bist doch schon verdammt nahe dran.
Kann mir einer von Euch zwei erklären, wie ein Drehmoment, das
auf die x-Komponente eines Vektors wirkt, dessen y- und
z-Komponenete ändert? Okay, wir können ein zusätzliches
Drehmoment annehmen, das die Drehung des Rades um die z-Achse
unterbindet (Spurtreue durch verschraubte Lenkstange).
Und genau das ist der Punkt: Dass Unterbinden einer Drehung um die z-Achse durch die Straße wirkt genauso als würde die Straße ein Drehmoment auf das Motorrad in Richtung negativer z-Achse ausüben. Dieses steht senkrecht auf den Drehimpulsvektor und ändert damit seine Richtung in Richtung negativer z-Achse. Das Motorrad kippt also einfach um.
Also: Durch den Kontakt mit der Straße wird das initial angreifende Drehmoment M1 = (-Mx, 0, 0) umgeleitet in ein wirksames Drehmoment M2 = (0,0,-Mz).
Gruß
Oliver
warum kann ich auf einem fahrenden Fahrrad das Gleichgewicht
halten, auf einem stehenden aber nicht?
Eine ausführliche Erklärung gibt es hier:
http://sylvester.bth.rwth-aachen.de/dissertationen/2…
im Kapitel 4.1