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 Mechanik: Federung und Kreisel (mit Fahrrädern) Elektrizität und Optik Akustik: Wind und Klingeltöne Bewegung, Geschwindigkeit und Reaktion Aerodynamik Ernährung, Energie, Training, Ergometer Frank Kameier 09.03.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 1

Dynamo = Generator das Antriebsrädchen benötigt Kontakt zum Reifen ein Magnet rotiert das rotierende Magnetfeld in der Spule erzeugt Wechselstrom Was ist eine Spule? Was ist Wechselstrom? www.swm.de/dokumente/swm/multimedia/schule/dynamo.swf Frank Kameier Elektrik Optik 03.04.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 2

Eisenkern umwickelt mit Kupferdraht Spule: Eisenkern umwickelt mit Kupferdraht Generatoren zum Stromerzeugung Frank Kameier www.swm.de/dokumente/swm/multimedia/schule/dynamo.swf

Stromkreise sind geschlossene Leitungen http://www.lehrerfreund.de/xinha/plugins/ImageManager/demo_images/tec__prima/Beleuchtung/Fahrrad_Kabelfuehrung_440.png Tahir-Alper Akbaba 23.1.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Gleichstrom Batterie Solarzelle / Photovoltaik nach einem Gleichrichter (aus Wechselstrom) DASYlab – Simulation: Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Wechselstrom Generator (Magnetfeld rotiert in einer Spule) 50 Hz Netzfrequenz DASYlab – Simulation: Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Wechselstrom = 220 V Berechnung der Energie (Effektivwert) 50 Hz Netzfrequenz DASYlab – Simulation: Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Nabendynamo, Seitendynamo oder LED Licht? Fatih Ülger Elektrik Optik 12.03.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 8

Seitendynamo Wechselspannung preiswert Halterung an der Gabel oder am Hinterrad notwendig Fahrradrahmen wird als einer der beiden Leiter verwendet durch Reibung am Reifen, beim Treten spürbarer Widerstand (Energieverlust) Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Nabendynamo Wechselspannung Energieverbrauch ist beim Radfahren nicht spürbar Einbau im Vorderrad lange Lebensdauer Quellenangaben fehlen Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

LED – batteriebetriebene Lampen Gleichspannung niedriger Energieverbrauch was heißt LED? Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Speichendynamo (eher exotisch) Wechselspannung Montage am Vorderrad Überwerfer (kleines Drahthäkchen wird zwischen die Speichen geklemmt) Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Quelle? Aufbau des Speichendynamos: 1 2 3 4 5 6 7 Befestigungsschraube Gehäusedeckel Abdeckring Zentrierring kugelgelagert Klinke Antriebsrad Zahnriemen gross 8 9 10 11 12 13 Übersetzungsrad Zahnriemen klein Dynamo Gehäuse Metallplatte (Befestigung und Massenverbindung) Kontaktstöpsel (Kabelanschluss) Name, Vorname Gruppe, Datum http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Visualisierung der Wechselspannung mit der Soundkarte Fatih Ülger Elektrik Optik 12.03.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 14

Visualisierung der Wechselspannung mit der Soundkarte mit der Soundkarte kann man elektrische Spannungen aufzeichnen die Visualisierung am PC entspricht einem Digitaloszilloskope wie lässt sich eine Spannung berechnen? (Effektivwert) was ist der Unterschied zwischen analog und digital? Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 15

analog und digital analog digital mit der Soundkarte kann man elektrische Spannungen aufzeichnen die Visualisierung am PC entspricht einem Digitaloszilloskope wie lässt sich eine Spannung berechnen? (Effektivwert) analog digital Frank Kameier 03.04.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 16

Seitendynamo an der Soundkarte (Achtung: Spannungsteiler verwenden) Fatih Ülger Elektrik Optik 12.03.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 17

Wann stimmen die Zahlenwerte überein? Fatih Ülger Elektrik Optik 12.03.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 18

Versuch: Elektromagnet Material: 4,5 Volt Flachbatterie Kupferdraht (isoliert) Nagel Büroklammer Der stromdurchflossene Leiter erzeugt ein Magnetfeld (Batterie=Gleichstrom) Fatih Ülger Elektrik Optik 12.03.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 19

Akbaba, Tahir-Alper Gruppe 4, 15.12.2010 http://www.gymnasium-hochdahl.de/tag-der-offenen-tuer/img/draht.jpg Akbaba, Tahir-Alper Gruppe 4, 15.12.2010 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 20

Akbaba, Tahir-Alper Gruppe 4, 18.12.2010 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Akbaba, Tahir-Alper Gruppe 4, 21.12.2010 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

LED-Diode Spule Zahnräder Fahrraddynamo Dynamolampe Handantrieb Akbaba, Tahir-Alper Gruppe 4, 8.3.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Reflektoren am Fahrrad : Retroreflexion : Reflexion bei der ein Teil des auftreffendes Lichtes direkt zur Quelle zurückgeworfen wird. Akbaba, Tahir-Alper Gruppe 4, 8.3.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Reflektoren am Fahrrad : Retroreflexion Verwendungsbereiche : - Reflektoren am Fahrrad - Oberflächen bei Straßenschilder - Sichtbarkeit bei Straßenmarkierungen - Sicherheitsbekleidung Akbaba, Tahir-Alper Gruppe 4, 8.3.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Akbaba, Tahir-Alper Gruppe4, 8.3.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Was wird benötigt? Durchführung: Karton, Alufolie und ein Laser. Zwei aneinander liegenden Seiten vom Karton werden Alufolie geklebt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kartons wird ein Loch gemacht und von diesem Loch aus die eine Seite des Kartons mit der Alufolie bestrahlt. Akbaba, Tahir-Alper Gruppe4, 8.3.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Auswertung : Man kann erkennen dass die erste bestrahlte Seite des Kartons das Licht auf die anliegende Seite reflektiert. Diese Seite reflektiert das Licht wieder auf den Punkt wo das Loch mit dem Laser ist. Dieser Versucht beweist die Retroreflexion und erklärt somit die Funktion eines Reflektors am Fahrrad. Akbaba, Tahir-Alper Gruppe4, 8.3.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

Erklärung von Himmelsblau und Abendrot Optik Erklärung von Himmelsblau und Abendrot Blau wird stärker gestreut (kürzere Wellenlänge) Sonne Rot geht leichter durch Atmosphäre (größere Wellenlänge) Erde Quelle: Jörg Kärger, et al., ADFC/Uni Leipzig Frank Kameier 28.02.2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 29

Quelle: Sigrid Belzer: Die genialsten Erfindungen der Natur, Bionik für Kinder, Frankfurt a.M. 2010 Frank Kameier 18.12.2010 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 34

Background DASYlab: Abtastrate Fatih Ülger Elektrik Optik 12.03.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 35

Background DASYlab: Frequenz Fatih Ülger Elektrik Optik 12.03.11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik 36