Velokleidung Training Velophysik Touren Ernährung Werkstatt
       

Velophysik

Velophysik



Wann immer man mit dem Velo unterwegs ist, ohne physiklalische Prozesse kommt man nicht vorwärts. Vom Antrieb, über das Bremsen bis zur Kurvemhaltung und Balance ist man physikalischen Geszen unterworfen.Die folgenden Beiträge sollen Ihnen einen Einblick in die Welt der Velophysik geben.
Da Physik nicht jedermanns/-fraus Sache ist, werde ich nachfolgend die wichtigsten Einheiten, Begriffe und Zusammenhänge erläutern.
Beginnen wir mit den Einheiten. Das 1954 eigeführte SI-Einheitensystem basiert auf siebeb Basiseinheiten und vielen abgeleiteten Einheiten. Von den Basiseinheiten werden hier folgende drei verwendet:

Basiseinheiten


Grösse Formelzeichen Name Einheitenzeichen
Länge l Meter m
Masse m Kilogramm kg
Zeit t Sekunde s

Von den abgeleiteten Einheiten sind es die folgenden sechs:

Abgeleitete Einheiten


Grösse Formelzeichen Name Einheitenzeichen Einheit
Kraft F Newton N
Arbeit (Energie) W Joule J
Leistung P Watt W
Geschwindigkeit v   m/s
Beschleunigung a   m/s2
Druck P Pascal Pa

Mit diesen neun Grössen und varianten davon kann man die Physik des Velos schon recht umfassend beschreiben.

Erklärung der Einheiten
Die Einheiten der Basiseinheiten sind leicht zu verstehen, einen Meter können wir sehen, ein Kilo können wir ahfheben und eine Sekunde können wir an der Uhr ablesen.


Wie steht es aber mit der Einheit welche der Kraft F mit dem Einheitenzeichen N (Newton)

zugeordnet ist? Nachfolgend werde ich versuchen, diese Einheiten anschaulich zu erklären.

Kraft
Die Kraft F wird in Newton angegeben und ist das Produkt von Masse mal Beschleunigung. Die Masse von einem Kilo übt bei der mittleren Erdanziehungskraft die Kraft von 9.81 Newton aus. Ein Newton entspricht somit der Kraft von 98.1 g (für Kopfrechner ≈ 100 g). Mit der Kraft von 1 N kann man die Masse von 1 kg waagrecht (freischwebend) in einer Sekunde auf die Geschwindigkeit von 1 m/s (3.6 km/) beschleunigen.

Arbeit (Energie)
Die Arbeit ist das Produkt von Kraft mal Weg. Wenn also z.B. die Kraft von 1 N über die Strecke von 10 m wirkt, hat man eine Arbeit von 10 Nm geleistet. Die Endgeschwindigkeit der Masse ist dann 10 m/s (36 km/h).
Energie ist einr Form von gespeicherter Arbeit. Würde die Masse von 1 kg die auf die Geschwindigkeit von 10 m/s beschleunigt wurde waagrecht unbeschleunigt weiterschweben hätte sie die Energie von 10 N.

Leistung
Die Leistung ist der Quotient von Arbeit dividiert durch Zeit. Das heisst, die Leistung wird grösser, je weniger Zeit man für eine (pysikalische) Arbeit braucht. Bezogen auf obiges Beispiel ergibt das folgendes Resultat: 10 Nm/10 s = 1 W (Nm/s). Verkürzen wir die Zeit einmal auf 2 Sekunden, dann lautet das Resultat: 10 Nm/2 s = 5 W. Nun sieht man, dass die Leistung bei gleicher Arbeit varieren kann.

Geschwindigkeit
Die Geschwindigkeit ist der Quotient von Weg dividiert durch Zeit. In der Physik wird immer mit m/s gerechnet, im Volksmund ist jedoch km/h etabliert. Unter 60 km/h kann sich jeder etwas vorstellen, unter 16.66 m/s jedoch nicht. Die Umrechnung ist einfach, 60'000 m / 3'600 s = 16.66 m/s. Damit man nicht so viele Nullen hat, kann man km direkt durch 3.6 dividieren und man hat das resultat in m/s.

Beschleunigung
Die Beschleunigung ist der Quotient von Geschwindigkeit dividiert durch Zeit. Die Beschleunigung die durch die Erdanziehungskraft bewirkt wird beträgt 9.81 m/s2.

Druck
Der Druck ist das Verhältnis der Kraft F zur Fläche A. Er spielt in den meisten Beispielen eine untergeordnte Rolle, (Reifendruck, Bremsdruck) soll aber der Vollständigkeit halber hier erwähnt werden.