Radfahrer fährt im Kreis, kleine Frage

Tino135 · Anmeldungsdatum: 30.12.2008 Beiträge: 14

Hallo, Also,
gegeben ist ein Radfahrer der einen Kreis mit einem Radius von 20m fährt und dabei einen Neigungswinkel von 12° gegen die Vertikale einnimmt.
Dann soll ich daraus seine Geschwindigkeit berechnen(hab ich: 6,458m/s)
Dann ist weiter gesagt dass er dabei die Reibungskraft zu einem Drittel ausnutzt und ich soll den Reibungskoeffizienten berechnen. Das ich 1/3Reibungskraft der Zentrifugalkraft gleich setzen muss ist mir klar, nur bin ich nicht ganz sicher bezüglich der Kraft bei der Berechnung der Reibung.
Bei einer geneigten Ebene würde ich ja die Gewichtskraft mit cos multiplizieren um auf die Normalkraftkomponente zu kommen.
Hier ist es aber so das die Normalkraft parallel zur Gewichtskraft wirkt, also beide nur eine Y-Komponente besitzen.
Demnach errechnet sich die Reibungskraft einfach mit der Gewichtskraft und ist unabhängig vom Neigungswinkel? Ist das richtig gedacht oder ist da was falsch dran?

chrischi · Anmeldungsdatum: 16.01.2009 Beiträge: 21 Wohnort: Konstanz

Dem Fahrrad ist der Winkel des Bodens eh egal. Was du brauchst ist nur die Zentripedalkraft, die z.B. den Kopf des Fahrradfahrers nach außen drückt. Und die Gewichtskraft die den Kopf senkrecht nach unten drückt. In der Summe beider senkrecht stehender Vektoren muss ein Winkel 12° heraus kommen. Gleichsetzen und Gleichung nach v auflösen. Fertig.

Ist aber nur eine Näherung, nur den Kopf zu betrachten. Jedes Körperelement hat einen anderen Radius, den kann man aber getrost zu 20m nähern. Sonst müsste man integrieren.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3254

da kann ich nicht ganz zu stimmen

der Neigungswinkel wird dem Fahrer samt Fahrrad nicht egal sein. weil ohne diesen Neigungswinkel würde die Gewichtskraft um dem Bodenauflagepunkt des Rades kein Gegendrehmoment gegen das Drehmoment der Zentrifugalkraft+Reibkraft Bodenauflage erzeugen. Die Zentrifugalkraft würde uns dann praktisch samt Rad umkippen, und wir würden auf der Schnauze liegen

chrischi · Anmeldungsdatum: 16.01.2009 Beiträge: 21 Wohnort: Konstanz

Ich sage nicht, dass der Winkel des Fahrrades egal ist, sondern der Winkel des Bodens. Es muss auch gar kein Boden sein. der Fahrradfahrer kann auch auf einer Schiene fahren, oder auf einem sich drehenden 20m-Ring mit einem Scharnier befestigt sein. Wichtig ist ja nur, DASS das Fahrrad unten eine Zwangsbewegung auf einer Kreisbahn ausführt.

chrischi · Anmeldungsdatum: 16.01.2009 Beiträge: 21 Wohnort: Konstanz

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3254

Das kann ich auch wieder nicht für gut heissen. das der Winkel der Fahrbahn egal ist.

Es ist ja nun so das bei einer waagrechten Fahrbahn, , die Gewichtskraft von der Bodenkraft aufgenommen wird. und die Reibkraft im Bodenauflagepunkt die Zentrifugalkraft aufheben muß. Ist die Reibkraft zu klein dann wandert man nach aussen und kann den radius nicht halten.

Wenn sie reicht dann ist noch eins zu beachten die Zentrifugalkraft greift ja nicht im Bodenauflagepunkt an sondern weiter oben im Schwerpunkt dadurch bildet sie immer ein Drehmoment mit der Reibkraft...das durch die Gewichtskraft des Radfahrers aufgehoben werden muß . darum braucht dieser einen Neigungswinkel. damit die gewichtskraft um den Bodenauflagepunkt drehend wirken kann.

Bei schräger Fahrbahn hat man einen Vorteil. Hier kann durch die schräglage des Bodens sowohl die Gewichtskraft und die Zentripetalkraft alleine durch die Bodenkraft aufgehoben werde. Natürlich bei geeigneten Neigungswinkel Radius und Geschwindigkeit.
Dadurch kann ich bei geneigter Fahrbahn den Radius viel schneller durchqueren als ich ihn unter umständen bei ebener Fahrbahn könnte.

Zitat:
Das ich 1/3Reibungskraft der Zentrifugalkraft gleich setzen muss ist mir klar

mir übrigens auch und es stimmt auch.

In diesem Beispiel gilt:

.... Bodenkraft

.... Zentrifugalkraft

Aufgrund des Drehmoment Gleichgewichts zwischen FG und FZ gilt im Schwerpunkt:

Zu deiner Frage bezüglich Reibkraft: Ja die Reibkraft wird in diesem Fall durch die gesamte Gewichtskraft erzeugt

chrischi · Anmeldungsdatum: 16.01.2009 Beiträge: 21 Wohnort: Konstanz

Kann ich nicht nachvollziehen. Die Kräfte auf das Fahrrad sind die gleichen, ob ich auf einer Ebene fahre oder z.B. in einer kegelförmigen Bahn, wie im Stadion. Der Reifen kann schließlich auf dem Boden beliebig kippen.

Die Aufgabe ist identisch zum Kettenkarusell:
Wie schnell ist die Gondel eines Kettenkarusells, wenn es 20m Radius hat und die Gondeln 12° Grad schräg hängen?

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3254

Stimmt die Kräfte sind immer die gleichen Fz und FG ob ich jetzt am Kettenkarussel sitze oder am Fahrrad. Nur ist die Frage wär uns die zwei Kräfte ins Gleichgewicht bringt. Beim Kettenkarrussel macht dies das Lager an dem die Kette angehängt ist.
Beim Fahrrad macht dies die Reibkraft und die Bodenkraft.
Und die Bodenkraft kann immer nur eine Normalkraft aufbringen. wenn das ganze waagrecht ist kann die Bodenkraft nie gegen die Zentrifugalkraft wirken, nur mit Hilfe der Reibkraft . wenn der Boden schräg ist dann kann alleine aufgrund der Normalkraft ein Teil der Zentrifugalkraft aufgehoben werden oder auch ganz.

Und das der Reifen egal wie der Boden ist in manchen Fällen auch kippen kann ist unbestritten.
Wenn du was von Kräften verstehst dann zeichne dir das ganze mal auf ebener fahrbahn auf und in schräger Fahrbahn. Wie wirkt die Bodenkraft wo ist die Reibkraft wo ist die Gewichtskraft und rechne mal.

Ich wills mal vereinfacht ausdrücken anhand den obigen Beispeil hat der Fahrer ja einen Neigungswinkel von 12 Grad auf die eben Fahrbahn und befindet sich im Gleichgewicht. Er benötigt dazu eine Reibkraft.
Wenn jetzt aber dei Fahrbahn um 12 Grad geneigt wär und er stünde normal drauf. Dann bräuchte der Boden überhaupt keine Reibkraft aufbringen, weil alles die Normalkraft des Bodens aufheben könnte somit könnte der Boden auch mit Eis überdeckt sein.

chrischi · Anmeldungsdatum: 16.01.2009 Beiträge: 21 Wohnort: Konstanz

Was ist dann beim Kettenkarusell? Dort gibt es auch keine Reibungskräfte und es ist die gleiche Gleichgewichtssituation. Es lohnt sich daher gar nicht über Reibungskräfte zu reden. Dem Boden ist es egal, ob er die Kraft in Form von Reibungskraft aufnimmt, die das seitliche Wegrutschen verhindert, oder in Form von direkter senkrechter Kraft, wenn z.B. die Bahn entsprechend geneigt ist. Insgesamt wirkt die Zentripedalkraft. Wie sie übertragen wird, ist für die Lösung der Aufgabe egal.

chrischi · Anmeldungsdatum: 16.01.2009 Beiträge: 21 Wohnort: Konstanz

Oh sorry, ich habe gerade gesehen, dass ich zu schnell gelesen habe. Ich war erst bei der Berechnung der Geschwindigkeit. Aber die Frage war nach dem Reibungskoeffizienten. Habs zu schnell überflogen.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3254

in diesem Beispiel ist aber auch der Reibungskoeffizient gesucht

chrischi · Anmeldungsdatum: 16.01.2009 Beiträge: 21 Wohnort: Konstanz

Ja, ist jetzt klar. Ich sollte im Physikerboard nicht Texte querlesen Hammer