Aufgaben zur Energieübertragung mit einer Kraft

Ein Fahrrad beschleunigt

Ein Fahrrad wird durch eine konstante Kraft aus dem Stand von 40 Newton eine Zeit von 5 Sekunden auf einer Strecke von 6 Metern beschleunigt.

• Wieviel Impuls und wieviel Energie steckt nach der Beschleunigung im Rad mit seiner FahrerIn?

Die gleiche Kraft wirkt weitere 5 Sekunden, diesmal auf einer Länge von 18 Metern.

• Warum ist diesmal die Strecke viel länger?
• Wieviel Impuls und Energie ist in den zweiten 5 Sekunden dazugekommen und wieviel steckt insgesamt in Rad mit FahrerIn?
• (Für Neugierige und Schlaue: Welche Masse hat die FahrerIn mit Rad?)

Das Zahnrad an der Kurbel ("Kettenblatt") hat 52 Zähne, das hintere ("Ritzel") nur 13. Der Radius des Rades beträgt ungefähr das Doppelte der Kurbellänge. Damit ist die Übersetzung der Gangschaaltung 1:4, insgesamt beträgt die Übersetzung von der Kurbel auf das Rad 1:8. Dreht man also die Kurbel um einen Zentimeter, so bewegt sich der äußere Rand des Rades und somit das Fahrrad um 8 Zentimeter.

• Wie groß war die Kraft, mit der die RadlerIn in die Pedale getreten hat?
• Warum ist es unrealistisch anzunehmen, dass die Kraft konstant ist?