Themenübersicht 2. Schulhalbjahr 2010/2011 (Mai bis Juli 2011 – 10 Termine) Kennenlernen und Sicherheit Historie und Einführung zum Fahrrad (mit Fahrrädern) Mechanik: Schaltung Mechanik: Hydraulik und Bremsen Mechanik: Federung und Kreisel (mit Fahrrädern) Elektrizität und Optik Bewegung, Geschwindigkeit und Reaktion Aerodynamik Akustik: Wind und Klingeltöne Ernährung, Energie, Training, Ergometer Frank Kameier 09.03.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 1

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

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

Energiebedarf beim Radeln - Kinderfachhochschule - Energiebedarf beim Radeln 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  Quelle:http://quarks&co.de/ Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

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

- Kinderfachhochschule - Ernährungspyramide Die Ernährungspyramide mit Nahrungsaufnahme Empfehlungen für eine gesunde abwechslungsreiche Ernährung. Quelle:http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/405891 Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

- Kinderfachhochschule - Versuchsaufbau Pulsuhr Brustgurt Rollentrainer Quizkarten Quelle: http://www.amazon.de ; http://www.toms-bikepart-shop.de Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

- Kinderfachhochschule - Quizkarten Quelle: http://www.kalorio.de Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

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

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

Physikalische Größen Weg [m] Einheit Meter Zeit [s] Einheit Sekunde Geschwindigkeit [m/s] Einheit Meter pro Sekunde Beschleunigung [m/s2] Einheit Meter pro Sekunde zum Quadrat Masse [kg] Einheit Kilogramm Kraft [N] Einheit Newton=Kilogramm mal Meter pro Sekunde zum Quadrat Arbeit=Energie [Nm]=[J] Einheit Newton mal Meter=Joule Arbeit=Kraft x Weg Leistung [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

Energiegrößen -Einheiten   Kraft N kg m/s^2 Kraft x Weg  Arbeit  Energie  Nm J kg 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) Mit einer Tafel Schokolade kann man 6,6 kg Wasser (=6,6 Liter) von 15° C zum Kochen auf 100° C erhitzen.

Das kleine Einmaleins der Größen und Einheiten Kraft * Weg = Arbeit = Energie [N] [m] [Nm] [J] Verbrauch [J]= Leistung [W] * Zeit [s] (kwh werden bezahlt - 2010: Strom 0,23 €, Gas 0,07 €) Frank Kameier 28.02.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 13

Kalorieverbrauch pro Stunde = Energiebedarf 1 Tafel Schokolade reicht für 40 km Fahrradweg! Michael Gressmann: Fahrradphysik und Biomechanik, 10. Auflage, Kiel, 2009

Energieinhalt von Lebensmitteln 1 kg Zucker (Jelly Belly) erfordert etwa 15 Stunden Fahrradfahren mit 20 km/h! Oder … man wird dick! Michael Gressmann: Fahrradphysik und Biomechanik, 10. Auflage, Kiel, 2009 Frank Kameier 09.03.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Ernährungspyramide