Felgenbremsen am Fahrrad

Wissenschaft Physik
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Hallo liebe Experten

  • ich bin für jede Hilfe sehr dankbar !!!

Grüße
Andrea

bei folgender Aufgabe bin ich mir absolut unsicher (Klasse 7)

Aufgabe: Hans hat an seinem Fahrrad Felgenbremsen, mit denen er gerade kräftig bremst. Die Masse von Hans beträgt 40 kg, vom Fahrrad 20 kg.
Die Reibungzahlen zwischen Gummi und Metallfelge sind „mü“ gleiten = 0,3 und " mü" haften = 0,6. Die Haftreibungszahl zwischen Gummmireifen und Straße ist „mü“ haften = 0,8

a. Wie nennt man die Kraft, mit der die Gummis auf die Felge drücken

  • ich sage: Gleitreibungskraft (ok?)

b. Wie groß darf die Kraf mit der das Fahrrad gebremst wird, maximal
werden, damit er nicht ins Rutschen kommt

  • ich sage: Fr = FN * µ

= 588,8N * 0,8 = 470,88 N
da FN = Gewichtskraft und die ist bei 60 kg und Ortsfaktor 9,81 =
FG = 588,8N

c Was passiert, wenn er zu stark am Bremshebel zieht? wo tritt Gleitreibung, wo Haftreibung auf, wenn er richtig bremst?

  • ich sage: Zieht Hans zu stark am Bremshebel, blockieren die Räder. Die Kraft, die die Straße auf das Fahrrad ausübt lässt schlagartig nach, da jetzt nur noch Gleitreibung auftritt.

Wenn er richtig bremst tritt Gleitreibung zwischen Bremsklötzen und Felge auf…
Zwischen Straße und Reifen tritt eine nach hinten gerichtete Haftreibungskraft auf.

d. Mit wieviel Kraft dar er die Bremsgummis maximal gegen die Felgen drücken, damit er nicht rutscht und stürzt?
-ich sage:

.Wenn er bremst, wirkt Gleitreibungskraft. Wieviel Gleitreibungskraft darf maximal wirken?

gegeben:

FG = FN sofern waagrechter Untergrund

FG = 588,8N (aus 4b)

µGleiten = 0,3

gesucht

FGleit

Lösung

FGleit = µ Gleit * FG

= 0,3 * = 588,8N = 176,58 N
Hans darf maximal mit 176,58 N die Bremsgummis gegen Felgen drücken.

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Hallo Andrea!

Ich habe als Kind mal versehentlich mit einer Tragetasche gebremst, die am Lenker hing. Gleitreibung am Reifen entstand keine, nur an meinen Knien, nachdem ich mich überschlagen hatte.

Seit dem weiß ich:

Da fehlen noch Angaben. Einmal die, in welcher Höhe sich der Schwerpunkt befindet und wie weit hinter dem Vorderrad. Davon hängt es ab, wann man vorn über kippt. Und dann die, ob auch das Hinterrad gebremst wird, und wenn nicht, wie die Gewichtsverteilung ist.

Aber du hast dir echt Mühe gegeben, muss ich schon sagen!

Grüße

Andreas

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Nein - das sind wirkliche alle Angaben !!!

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Dann hat dein Lehrer die Aufgabe falsch gestellt.

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Hi…

a. Wie nennt man die Kraft, mit der die Gummis auf die Felge
drücken

  • ich sage: Gleitreibungskraft (ok?)

So würde ich eher die Kraft nennen, mit der durch die Bremsklötze das Rad verzögert wird. Welchen Namen sich der Aufgabensteller wünscht, kann ich leider auch nicht erraten, evtl. „Normalkraft“. Wobei es natürlich in dieser Aufgabe mehrere Normalkräfte gibt…

Der Rest ist ok, bis hier:

d. Mit wieviel Kraft dar er die Bremsgummis maximal gegen die
Felgen drücken, damit er nicht rutscht und stürzt?
-ich sage:

.Wenn er bremst, wirkt Gleitreibungskraft. Wieviel
Gleitreibungskraft darf maximal wirken?

Du hast oben schon einen Wert ausgerechnet, der für diese Teilaufgabe wichtig ist: Die maximale Kraft, die der Reifen auf die Straße übertragen kann, ohne zu rutschen (470 N). Wie stark muß nun die Bremse zudrücken, damit sie genau diese 470 N auf das Rad ausübt?

BTW: Der Einwand von Andreas ist durchaus berechtigt. Ich habe gerade die Bremshebel an meinem Fahrad und die Kraft meiner Hände nachgemessen und festgestellt, daß ich etwa 700 N Anpresskraft pro Seite auf meine Bremsklötze bringen kann. Wenn ich für die sonstigen Eigenschaften meines Fahrrads die Werte aus der Aufgabe annehme, stelle ich fest, daß es mir unmöglich sein sollte, mein Rad zum Blockieren zu bringen. Nach meiner Erfahrung ist dieses Ergebnis korrekt, gilt aber nur für das Vorderrad. Das Hinterrad blockiert sehr leicht, obwohl die Rechnung mit den vorhandenen Angaben für beide Räder gilt.

Wenn Du das interessant findest, versuche herauszufinden, warum das so ist.

genumi

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Dann hat dein Lehrer die Aufgabe falsch gestellt.

Die Aufgabe ist bewußt einfach gehalten, um die „Zielgruppe“ 7. Klasse nicht zu überfordern. Man kann nun darüber streiten, ob man sich nicht besser eine Aufgabe ausgedacht hätte, die keine solchen verborgenen Tiefen aufweist.

Wenn mir eine solche Aufgabe gestellt wird, reagiere ich ungehalten, weil Angaben fehlen. Genau das tut auch ein Schüler der 7., wenn er das Problem bemerkt. Daraus entwickelt sich dann gern eine Diskussion, die der Lehrer zur Stoffvermittlung nutzen kann. Ausserdem erkennt er so potentielle Überflieger in seiner Klasse, die evtl. einer speziellen Förderung bedürfen.

Das funktioniert natürlich nur, wenn der Lehrer nicht nur in seinem Fachgebiet, sondern auch pädagogisch kompetent ist. Ich wünschte mir, daß es nur solche Lehrer gäbe.

genumi

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7

Hallo zusammen,

ich habe mir überlegt, dass folgender Ansatz richtig ist:

Könnt Ihr mir sagen, ob ich jetzt richtig „liege“

vielen Dank

Andrea

Wenn er bremst, wirkt Gleitreibungskraft, ab genau einem Moment ist die Gleitreibungskraft dann so groß wie die Haftreibungskraft., die Bremse blockiert (haftet).

gegeben:

FG = FN sofern waagrechter Untergrund

FG = 588,8N (aus 4b)

µGleiten = 0,3
µHaften = 0,6

gesucht

die Kraft, mit der sich Felge und Bremsklotz gerade noch bewegen

FHaft

Lösung

FHaft= µ HAft * FG

= 0,6 * = 588,8N = 353,16 N

Bei 353,16N bewegt sich „nichts mehr“

Die Kraft, mit der Hans die Bremsgummis gegen die Felgen drückt muss kleiner sein.

Hans darf maximal mit 353,15 N die Bremsgummis gegen Felgen drücken.

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Hallo Genumi!

Da stimme ich dir voll zu.

Grüße

Andreas

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Hi…

ich habe mir überlegt, dass folgender Ansatz richtig ist:
Könnt Ihr mir sagen, ob ich jetzt richtig „liege“

Leider immer noch nicht, aber ich denke, ich kann Dir auf die Sprünge helfen.

Wenn die Bremse betätigt wird, wirken zwei entgegengesetzte Kräfte auf das Rad: Die Reibung der Bremsklötze, die das Rad verlangsamen will, und die Reibung der Straße, die das Rad mit unverminderter Geschwindigkeit weiterdrehen will.

Jetzt kommt der wesentliche Punkt: Solange das Rad sich dreht, sind beide Kräfte gleich groß, bzw. umgekehrt, wenn die Bremskraft stärker ist als die der Straße, rutscht das Rad über die Straße, anstatt sich zu drehen.

Die maximale Reibungskraft, die die Straße auf das Rad ausüben kann, hast Du am Anfang der Aufgabe ausgerechnet. Nun kannst Du berechnen, mit welcher Kraft die Bremsklötze zudrücken müssen, damit sie eine Reibungskraft am Rad entwickeln, die genauso groß ist. Das ist genau die Grenze. Wird stärker gebremst, gibt es ein Unglück.

genumi

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Sorry nochmal ich

ist das jetzt endlich richtig ???

mindestens 1000 * Danke
Andrea

gebremst werden darf mit

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Hi…

ist das jetzt endlich richtig ???

Ja :smile:

das wären dann 470,88 N * 0,3 = 1569,6 N

Hier steht das falsche Rechenzeichen, scheint aber ein Tippfehler zu sein, denn das Ergebnis stimmt. D.h. Du hast, wie es richtig ist, geteilt und nicht multipliziert.

genumi