Kreiselkräfte < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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Warum fällt ein Fahrrad nicht um, wenn es fährt?
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 18:23 Mi 18.04.2007 | | Autor: | Kroni |
Hi,
weil die Räder einen Drehimpuls haben, der stabilisierend wirkt.
LG
Kroni
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(Antwort) fertig | | Datum: | 00:38 Do 19.04.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Wieviel Physik kannst du?
genauso wie es Kraft kostet einen Impuls, also ne Geschwindigkeit zu aendern braucht man ein Drehmoment um einen Drehimpuls zu aendern. Das führt dazu, dass man wenn man anfängt umzufallen man statt dessen um die Kurve fährt. bei Anfängern, die auch noch langsam fahren bemerkst du das besonders gut. je schneller du fährst, umso grösser der Drehimpuls, umso schwerer dich umzuwerfen. Aber wenn du zu langsam fährst fängst du auch an zu fallen.
Gruss leduart
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Wie meinst du das leduart mit der frage: wie viel physik kannst du?
Der drehimpuls zeigt ja nach links wenn ich vorwärts fahre. Wenn das fahhrad jetzt nach links kippt, von wo bis wo zeigt der vektor r? ich bin mir nicht sicher, ich meine der vektor zeigt vom auflagepunkt des reifen bis zum angriffspunkt der schwerkraft also dem schwerpunkt des fahhrads. und in welche richtung zeigt dann das drehmoment?
Mit freundlichen Grüßen chillkroete
Ich hab diese frage noch in keinem anderen internetforum gestellt.
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Normaler Weise wird so argumentiert:
Wenn du vorwärts fährst, hat z.B. dein Vorderrad einen nach links zeigenden Drehimpuls. Nun kippst du links um. Stelle dir vor, dein Fahrrad befände sich gerade auf einer Schiene. Das Links-Umkippen bedeutet dann eine Drehung des Fahrrades - wenn man in Fahrtrichtung blickt, eine Linksdrehung - mit der Schiene als Drehachse. Das ergibt einen Drehimpuls in Schienenrichtung nach hinten. Addiert man nun beide Drehimpulse vektoriell, so ergibt sich ein neuer Drehimpulsvektor, der waagerecht liegt und schräg nach hinten zeigt. Dieser sorgt dafür (wie?), dass das Rad sich nach links dreht, man so eine Linkskurve fährt und daher wegen der Fliehkraft nach rechts nicht umfällt.
Mir gefällt diese Betrachtung gar nicht: Natürlich ergeben drehendes Vorderrad und kippendes Fahrrad einen insgesamt nach schräg hinten gerichteten Drehimpuls, aber wer sagt uns, dass sich dieser dann auf die Vorderraddrehung übertragen muss? Lass doch das Rad weiterfahren und gleichzeitig umkippen! Das verstößt nicht gegen den Impulserhaltungssatz. Wenn ich in einem fahrenden Autobus einen Purzelbaum schlage, geht der Bus auch nicht in eine Kurve. Wenn ich aus einem fahrenden Zug ein Gewicht aus dem Fenster fallen lasse, gibt es einen Impuls (Zug) nach vorne und einen weiteren (Gewicht) nach unten. Nun versucht der Zug auch nicht, den Gesamtimpuls aufzufangen und nach schräg vorne abzutauchen!
Tatsächlich passiert Folgendes: Das kippende Fahrrad ist ein rotierendes System. Wir schauen in Schienenrichtung nach vorne und drehen uns mit (kippen mit). Dann befinden wir uns in einem rotierenden Bezugssystem. Nun schauen wir von hinten auf den rotierenden Vorderreifen, und zwar auf den hinteren Teil. Er bewegt sich in unserem links-rotierenden (=fallenden) Bezugssystem vom Mittelpunkt weg nach außen und erfährt daher aus unserer Sicht eine ablenkende Corioliskraft nach rechts. Der obere und untere Teil des Reifens bewegt sich aus unserer Sicht von uns weg bzw. auf uns zu und damit in der für uns sichtbaren Projektion so gut wie gar nicht von der Stelle. Der vordere Radteil bewegt sich nach unten und damit aus unserer Sicht zum Mittelpunkt, erfährt dabei ebenfalls eine Rechtsablenkung (in dessen Bewegungsrichtung gesehen), aus unserer Sicht also nach links.
Fazit: Die Corioliskraft dreht den Vorderreifen, falls er rotiert, von hinten aus gesehen hinten nach rechts und vorne nach links weg. Daher (!) dreht sich der Lenker insgesamt nach links, und wir fangen (teilweise) den Fall ab.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 00:54 Sa 21.04.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Das Fahrrad fährt auch von der Strasse, dem unbewegten System. gesehen eine Kurve. hier Corioliskräfte rein zu bringen macht die Sache ungeheuer kompliziert, und auch praktisch kaum mehr berechenbar!
Machst du alle Kreiselbewegungen des Schwerekreisels, Präzession, Nutation mit Corioliskräften? und könntest du das mit dem Radfahrer mal an nem vereinfachten Beispiel vorrechnen?
Wenn du in einem Bus nach vorn gehst, merkst du auch nicht, dass er nach hinten beschleunigt wird!
Du kannst nicht sagen, dass es genausogut wäre, wenn man umfiele, und geradeaus führe. Das ist wie mit dem Ball, den man waagerecht loswirft, der kann auch nicht erstmal nach unten und dann nach vorn, oder erst nach vorn und dann nach unten.Er hat einfach in jedem Moment die Summe der Geschw.
Wenn dein Rad in ner geraden Vertiefung führe könntest du keine Kurve fahren und würdest umfallen, aber dann hättest du auch ein weiteres Drehmoment, das die Vertiefung ausübte.
(eigentlich denk ich dass deine Coriolisbetrachtung falsch ist, das zu beweisen hab ich aber grad keine Zeit)
Vielleicht gehört die Diskussion auch nicht in das Schülerforum, von denen wird sicher die klassische Interpretation erwartet.
Gruss leduart
Gruss leduart.
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Die Skizze zeigt eine lange Achse der Länge R, um die links das Rad mit Radius r rotiert (das Rad links soll nach vorn von uns weg fahren, wir sehen seine rechte Seite perspektivisch). Die Umfangsgeschwindigkeit sei v, das Rad sei masselos, an ihm seien 4 Massen m nach jeweils 1/4 Raddrehung angebracht.
[Dateianhang nicht öffentlich]
Nun versucht die ganze Anordnung um A nach links wegzukippen. Geschieht dies mit [mm] \Omega, [/mm] So erfahren nun alle aus unserer Draufsicht mit v bewegten Körper die Corioliskraft [mm] 2m\Omega [/mm] v als Rechtsabweichung. Die beiden oben und unten sichtbaren Massen bewegen sich gerade nicht bezüglich unserer Sichtweise (nämlich von uns weg bzw. auf uns zu). Die ganz links gezeichnete Masse an der Reifen-Rückseite bewegt sich nach oben und wird aus unserer Sicht nach rechts weggedrückt, die rechts gezeichnete Masse an der Vorderseite auch - in ihrer Bewegungsrichtung - nach rechts, von uns aus gesehen nach links gedrückt. Deshalb kommt nun Während des Herunterfallens das Rad links auf uns zugedreht, die Achse R erfährt also eine waagerechte Drehung auf uns zu.
Verhindert man nun diese Drehung, indem man z.B. einen Stab dagegenhält, fällt das Ganze wirklich links einfach herunter.
Tatsächlich passiert aber Folgendes: Solange das Ganze links herunterfällt, wird die auf uns zukommende Drehung beschleunigt (weiteres Fallen bedeutet weiteres Existieren einer Kraft, die diese Beschleunigung hervorruft). Nun schauen wir uns diese Drehung (nicht mehr das Fallen) von oben an:
[Dateianhang nicht öffentlich]
R rotiert um A linksdrehend, also erfahren alle von uns aus bewegt gesehenen Massen wiederum eine Rechtsablenkung mit der Corioliskraft [mm] 2m\Omega [/mm] v . Die Masse am Reifen oben, auf die wir blicken, nach rechts, die Masse unten aus unserer Sicht nach links. Diese beiden Kräfte bewirken nun ein Drehmoment, dass genau so gerichtet ist, dass das weitere Fallen zum Stoppen kommt. Es beträgt (Kräftepaar) 2m [mm] \Omega [/mm] v * 2r so, dass das Rad hochgedrückt wird. Das Drehmoment des fallenden Rades beträgt 4mgR. Das Rad bleibt somit auf Grund der Corioliskraft in der Schwebe und fällt nicht weiter herunter, wenn [mm] 4mvr\Omega [/mm] = 4mgR ist, also [mm] \Omega=gR/vr, [/mm] was genau dem Ergebnis anderer Herleitungen entspricht.
Sinkt [mm] \Omega [/mm] auf Grund der Reibung, kann die Corioliskraft das Rad nicht mehr waagerecht halten: es sinkt etwas ab, und aus dieser (ganz langsamen) "Fallbewegung " heraus erhält [mm] \Omega [/mm] einen weiteren Schub. Sinkt v auf Grund der Reibung, wird die rechte Seite der Gleichung größer, und [mm] \Omega [/mm] ist zu klein; es passiert wieder dasselbe.
Tatsächlich verteilen sich die Massen gleichmäßiger auf das Rad oder man muss auch Zwischenpositionen der 4 Massen betrachten, was aber letztlich auf das selbe Ergebnis hinausläuft.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: JPG) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 2 (Typ: JPG) [nicht öffentlich]
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Erstmal vielen dank für eure hilfe. aber wo ich mir jetzt noch nit so sicher bin ist in welche richtung das drehmoment zeigt wenn das fahhrad nach links kippt. der zeigt doch nach links? ich möchte nur ein ja oder nein als antwort.
Ich hab diese frage in keinem anderen internetforum gestellt.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 22:41 Sa 21.04.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Die Antwort ist Nein!
Drehmoment zeigt immer in die Richtung der Achse, um das es versucht zu drehen.
kennst du das Vektorprodukt, [mm] \vec{M}=\vec{r} \times \vec{F}
[/mm]
[mm] \vec{M} [/mm] steht immer senkrecht auf [mm] \vec{r} [/mm] und auf [mm] \vec{F}
[/mm]
Gruss leduart
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Wenn du den ersten Absatz in meiner ersten Antwort liest, hast du die klassische Antwort von leduard: Du addierst die beiden Drehimpuls-Vektoren des Geradeausfahrens (zeigt nach links) und des nach-links-Umkippens (zeigt nach hinten). Das gibt einen waagerechten Vektor, der aber schräg nach links hinten zeigt. Klassisch dreht sich jetzt das Vorderrad so nach links, dass seine Achse in Richtung dieses Vektors zeigt. Da das Fahrrad nun nach links fährt, kippt es nicht mehr nach links um.
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Wenn das tatsächlich die Lösung wäre, müsste sich das Rad jetzt schneller drehen, weil der resultierende Vektor einen größeren Betrag hätte als der Vektor des anfänglich rotierenden Rades.
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