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Post on 05-Apr-2015
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- 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
- Kinderfachhochschule -
Juri Jelinek/Sanje Kapoor
- Kinderfachhochschule -
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
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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
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Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
Leistung und Energie
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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
Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
35.0 vLuftdichteAcw 22.1 mkg
NRR FcF
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tkoeffizieniderstandsStrömungswwc
Quelle:http://quarks&co.de/
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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 -
Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
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Die Ernährungspyramide mit Nahrungsaufnahme Empfehlungen für eine gesunde abwechslungsreiche Ernährung.
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Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
Ernährungspyramide
Quelle:http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/405891
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Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
Versuchsaufbau
Pulsuhr
Brustgurt
Rollentrainer
Quizkarten
Quelle: http://www.amazon.de ; http://www.toms-bikepart-shop.de
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Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
Quizkarten
Quelle: http://www.kalorio.de
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Versuchsablauf
Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
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.
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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.
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Juri Jelinek/Sanje Kapoor Leistung 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik
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.
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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 €)
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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!
- Kinderfachhochschule -
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
- Kinderfachhochschule -Ernährungspyramide
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