- Kinderfachhochschule - 1.Kennenlernen und Sicherheit 2.Historie und Einführung zum Fahrrad (mit Fahrrädern) 3.Mechanik: Schaltung 4.Mechanik: Hydraulik

- Kinderfachhochschule -

1. Kennenlernen und Sicherheit2. Historie und Einführung zum Fahrrad (mit Fahrrädern)

3. Mechanik: Schaltung

4. Mechanik: Hydraulik und Bremsen

5. Mechanik: Federung und Kreisel (mit Fahrrädern)

6. Elektrizität und Optik

7. Bewegung, Geschwindigkeit und Reaktion

8. Aerodynamik

9. Akustik: Wind und Klingeltöne

10. Ernährung, Energie, Training, Ergometer

Frank Kameier http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Themenübersicht 2. Schulhalbjahr 2010/2011 (Mai bis Juli 2011 – 10 Termine)

09.03.2011


Juri Jelinek/Sanje Kapoor


Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Schätzen und Darstellung des Energieverbrauchs eines Menschen, bei der Belastung durch Fahrradfahren.

In Nahrungsmitteln steckt Energie. Wenn wir sagen,ein Würfel Zucker habe 12 Kalorien,so meinen wir 12 Kilokalorien (kcal), genaugenommen müssten wir von 50 Kilojoule (kJ) sprechen.

Das Umrechnen in Kilojoule macht Sinn,denn mit der Einheit Joule lässt sich ganz einfach eine Beziehung zwischen dem Energiegehalt eines Zuckerwürfels und dem Energieverbrauch eines Elektrogerätes herstellen.

Leistung und Energie


Energiebedarf des Menschen

Menschliche Körper benötigt pro Tag ca.100 kJ pro kg Körpergewicht wenn er ruht , also täglich 4000 kJ(kJ / 3600s = kWh - etwa 1,1 kWh)für einen 40 kg schweren Menschen.Der Energieumsatz hängt stark von der jeweiligen Person, deren körperlichen Größe, Kondition sowie körperlicher Aktivität und der Umgebungstemperatur ab.Bei körperlicher Belastung kann sich dieser Wert nahezu verdoppeln.

2

2

1

8601

/11

1868,41

s

mkgJ

KcalkWh

sJWatt

Joulcal


Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Leistung und Energie


Beim Fahrradfahren brauchen wir Energie um :

das Rad zu beschleunigen, gegen die Rollreibung anzutreten, den Luftwiderstand zu überwinden, die Verluste im Antrieb des Rades auszugleichen.

Wer schnell fährt, pedaliert vor allem gegen den Luftwiderstand. Im Alltag bei 20 km/h, hat auch der Rollwiderstand einen wesentlichen Anteil von 30 bis 50 % an der Summe aller Fahrwiderstände.

Erforderliche Leistung um den Luftwiderstand zu überwinden:Leistung in Watt = Luftdichte =Der Rollwiderstand entspricht dem Verformungswiderstand eines sich abwälzenden Körpers: – Rollwiderstand ist Rollwiderstandskoeffizient mal Normalkraft

Energiebedarf beim Radeln


35.0 vLuftdichteAcw 22.1 mkg

NRR FcF


tkoeffizieniderstandsStrömungswwc

Quelle:http://quarks&co.de/


Die Ernährung des Menschen dient der Aufnahme von Lebensmitteln, die der Mensch zum Aufbau seines Körpers und zur Aufrechterhaltung seiner Lebensfunktionen benötigt.

Menschen ernähren sich aber oft zu unausgewogen und wissen nicht was wie viel Nährwert (kcal) enthält und wie viel man davon täglich zu sich nehmen soll um gesund zu bleiben.

Leistung und Nahrung- Kinderfachhochschule -



Die Ernährungspyramide mit Nahrungsaufnahme Empfehlungen für eine gesunde abwechslungsreiche Ernährung.



Ernährungspyramide

Quelle:http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/405891

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Versuchsaufbau

Pulsuhr

Brustgurt

Rollentrainer

Quizkarten

Quelle: http://www.amazon.de ; http://www.toms-bikepart-shop.de



Quizkarten

Quelle: http://www.kalorio.de


Versuchsablauf


Die Versuchspersonen sollen sich auf dem Rollentrainer körperlich betätigen.

Im Anschluss wird die verbrannte Kaloriemenge von der Pulsuhr abgelesen.

Wenn das erfolgt ist werden der Versuchsperson verschiedene Quizkarte gezeigt. Anhand dieser soll geschätzt werden wie viel Kalorie die abgebildete Nahrung enthält und in welchen Mengen sie verzehrt werden sollte um den Energiebedarf für die Anstrengung zu tilgen.


Aus dem Quiz lernen die Kinder, dass Süßes und Fettiges sehr viel mehr Kalorien hat als sie benötigen und deswegen sollten sie diese Art von Nahrung nur in kleinen Mengen konsumieren. Im Vergleich haben andere (gesunde) Lebensmittel sehr wenig Kalorien (Gemüse, Früchte, usw.) und können meistens ohne Bedenken in großen Mengen verzehrt werden.

Mit der Verdeutlichung durch die körperliche Belastung und der Verbrauchsauswertung mit der Polar-Uhr wird das Bewusstsein für den eigenen Energiebedarf und für die Ernährung gesteigert.



Auswertung

- Kinderfachhochschule -Physikalische Größen

Weg [m] Einheit MeterZeit [s] Einheit SekundeGeschwindigkeit [m/s] Einheit Meter pro SekundeBeschleunigung [m/s2] Einheit Meter pro Sekunde zum QuadratMasse [kg] Einheit KilogrammKraft [N] Einheit Newton=Kilogramm mal Meter pro Sekunde zum QuadratArbeit=Energie [Nm]=[J] Einheit Newton mal Meter=JouleArbeit=Kraft x WegLeistung [J/s]=[W] Einheit Joule pro Sekunde=Watt

Leistung [W]=[Nm/s]=Kraft mal Geschwindigkeit |

proportional Geschwindigkeit zum Quadrat

Leistung proportional Geschwindigkeit hoch drei P~v3

- Kinderfachhochschule -Energiegrößen -Einheiten

Kraft N kg m/s^2

Kraft x Weg Arbeit Energie Nm Jkg m^2/s^2

Arbeit / Zeit Leistung J/s W

Energieverbrauch= Leistung*Zeit=Arbeit kWh kJ/3600

Tafel Schokolade mit 2347 kJ Brennwert (spez. Wärmekapazität Wasser c=4200 J/(kg K)

Wasserkg6,6K85)Kkg/(J4200

J10002347

Mit einer Tafel Schokolade kann man

6,6 kg Wasser (=6,6 Liter) von 15° C zum Kochen auf 100° C erhitzen.


Frank Kameier http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik28.02.2011

Das kleine Einmaleins der Größen und Einheiten

]W[Leistung]s[]J[

ZeitEnergie

]Kg[]J[

MasseEnergie

]s[][m

Energie espezifisch 2

2

Kraft * Weg = Arbeit = Energie [N] [m] [Nm] [J]

Verbrauch [J]= Leistung [W] * Zeit [s]

(kwh werden bezahlt - 2010: Strom 0,23 €, Gas 0,07 €)


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Liege

n

Sitzen

Stehe

n

Gehen

3 k

m/h

Radfa

hren

10

km/h

Gehen

4,5

km/h

Gehen

6 k

m/h

Radfa

hren

20

km/h

Radfa

hren

50

km/h

Gehen

8 k

m/h

Schwim

men

50

m/m

in

Lauf

en 9

km

/h

Lauf

en 1

2 km

/h

Lauf

en 1

5 km

/h

kJ/h

Kilo Joule pro Stunde WattkJ/h W

Liegen 300 83Sitzen 380 106Stehen 450 125Gehen 3 km/h 730 203Radfahren 10 km/h 760 211Gehen 4,5 km/h 840 233Gehen 6 km/h 1090 303Radfahren 20 km/h 1120 311Radfahren 50 km/h 2240 622Gehen 8 km/h 2400 667Schwimmen 50 m/min 2700 750Laufen 9 km/h 2780 772Laufen 12 km/h 2970 825Laufen 15 km/h 3280 911

Michael Gressmann: Fahrradphysik und Biomechanik,10. Auflage, Kiel, 2009

Kalorieverbrauch pro Stunde = Energiebedarf

1 Tafel Schokolade reicht für 40 km Fahrradweg!


Michael Gressmann: Fahrradphysik und Biomechanik,10. Auflage, Kiel, 2009

Energieinhalt von Lebensmitteln

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

Zucke

r

Pomm

es fr

ites

Fett

Coca

Cola

Äpfel

Vollko

rnbr

ot

Vollm

ilchs

chok

olade

Bier Eis

Alkoho

l

Energieinhalt kJ/kg

EnergieinhaltkJ/kg

Zucker 17000Pommes frites 5000Fett 36000Coca Cola 1500Äpfel 2000Vollkornbrot 8000Vollmilchschokolade 22500Bier 1800Eis 3600Alkohol 30000

1 kg Zucker (Jelly Belly)

erfordert etwa 15 Stunden

Fahrradfahren mit 20 km/h!

Oder …

man wird dick!

Frank Kameier http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik09.03.2011

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