Geschwindigkeit und Fahrrad

Hallo und herzlich willkommen. Heute wollen wir uns etwas genauer mit dem Thema „Geschwindigkeit und Fahrrad“ beschäftigen. Dabei wirst du lernen, was man unter Geschwindigkeit versteht und warum man Fahrräder nutzt, um sich mit höherer Geschwindigkeit bewegen zu können. Außerdem wirst du sehen, dass Fahrräder früher ganz anders aussahen als wir sie heute kennen. Es gab in der Geschichte nämlich verschiedene Formen von Fahrrädern, aus denen sich das heutige Fahrrad dann entwickelt hat. Dann werde ich dir erklären, wie eine Gangschaltung funktioniert. Und am Ende werden wir uns noch anschauen, wo die Energie herkommt, die wir aufwenden, um Fahrrad zu fahren und wo es zu Energieverlusten und Reibung kommt. So, damit kann es dann auch schon losgehen. Wir fangen mit der Frage an, was man unter Geschwindigkeit eigentlich versteht. Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich etwas bewegt. Auch du hast dich schon mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt. Geht man zum Beispiel zu Fuß, so ist die Geschwindigkeit relativ gering. Das siehst du daran, dass du beim Gehen von Fahrrädern überholt wirst. Sie sind schneller und haben somit eine höhere Geschwindigkeit. Da man, wenn man sich mit höherer Geschwindigkeit bewegt, weniger Zeit braucht um von einem Ort zum anderen zu kommen, benutzt man Fahrräder. Aber mit einem Fahrrad ist man noch längst nicht am schnellsten. Autos zum Beispiel können noch viel schneller fahren als Fahrräder. Aber auch Autos sind nicht am schnellsten. Raketen zum Beispiel erreichen sehr hohe Geschwindigkeiten - die höchsten aller von Menschen gebauten Maschinen. Unterschiedliche Fortbewegungsmittel haben also unterschiedliche Geschwindigkeiten. Als nächstes werden wir uns anschauen wie Fahrräder früher ausgesehen haben. Angefangen hat das Ganze 1817 in Mannheim. Da hat Karl Drais die Draisine erfunden. Sie heißt nach dem Erfinder. Eine Draisine nennt man auch Laufrad. Mit dieser Art des Rades konnte man nämlich noch nicht fahren. Eine Draisine ist eher eine Unterstützung beim Laufen. Sie hat zwei Räder, dazwischen einen Sattel und oben eine Ablage für die Arme, mit der man auch lenken kann. Der Vorteil der Draisine ist, dass man mit ihr länger schnell unterwegs sein kann als zu Fuß. Bis zu 15 Kilometer pro Stunde erreicht man mit ihnen. Allerdings waren die Straßen damals noch sehr schlecht und das Laufrad war komplett aus Holz und somit sehr hart. Deshalb war es sehr unbequem sich mit Draisinen fortzubewegen. Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelte sich aus dem Laufrad das sogenannte Hochrad. Hochräder hatten bereits einen Antrieb mit Pedalen, wie du ihn von unseren heutigen Fahrrädern kennst. Damit kann man Hochräder auch schon als Fahrräder bezeichnen. Allerdings sind die Pedale bei Hochrädern direkt mit dem Vorderrad verbunden. Eine Fahrradkette gibt es nicht. Sie haben vorne ein großes Rad mit einem Durchmesser von 1,5 Metern bis zu 2,5 Metern. Hinten ist ein kleines Rad, damit der Fahrer nicht nach hinten kippen kann. Oben auf dem großen Rad ist der Sattel, auf dem der Fahrer sitzt und ein Lenker, mit dem man die Fahrtrichtung bestimmen kann. Wegen des großen Vorderrades sind Hochräder schon recht schnell und auch bequemer als Draisinen. Allerdings ist es sehr schwer sie zu fahren. Allein das sichere Auf- und Absteigen auf den hohen Sattel benötigt viel Erfahrung und Geschick. Deshalb wurden Hochräder auch nur für Sport genutzt. Im Alltag hatten sie keine Anwendung. Wie der Name schon sagt, sitzt der Fahrer bei Hochrädern auch sehr hoch. Daher kann man bei einem Unfall tief fallen, was schlimme Verletzungen mit sich bringen kann. Die letzte Entwicklungsstufe des Fahrrades war dann die Form, die wir heute kennen. Am Anfang hieß es noch Sicherheitsniederrad, um die Unterschiede zum Hochrad besonders hervorzuheben. Es wurde 1887 erstmals in England erfolgreich gebaut. Es hat den Sattel zwischen den beiden Reifen, was sicherer ist, da man im Gegensatz zum Hochrad nicht so leicht nach vorne kippen kann. Der Antrieb funktioniert über eine Kette, die die vom Fahrer ausgeübte Kraft über Ritzel an das Hinterrad überträgt. Und einen Lenker hat es natürlich auch, sonst könnte man ja nur geradeaus fahren. Bei den Fahrrädern, die man heute nutzt, wird die Kraft, die die Beine des Fahrers auf die Pedale ausüben, über eine Kette an das Hinterrad übertragen. Um diese Kraftübertragung einstellen zu können, nutzt man eine Gangschaltung. Ein Fahrrad mit Gangschaltung hat an den Pedalen und am Hinterrad jeweils mehrere Ritzel nebeneinander. Ritzel nennt man die runden Scheiben mit Zähnen, auf denen die Kette läuft. Mit der Gangschaltung kannst du die Kette von einem Ritzel auf ein anderes wechseln lassen. Somit verändert sich die Anzahl der Zähne, auf der die Kette läuft. Ist die Gangschaltung so eingestellt, dass die Kette vorne und hinten über gleich viele Zähne läuft, macht das Hinterrad genauso viele Umdrehungen wie vorne die Pedale. Man kann die Gangschaltung aber auch so einstellen, dass die Kette vorne über doppelt so viele Zähne läuft wie hinten. Bei dieser Einstellung dreht sich das Hinterrad mit doppelt so vielen Umdrehungen wie die Pedale. Du musst dann stärker in die Pedale treten, damit du schneller fährst, wenn sich das Hinterrad doppelt so schnell dreht. Läuft die Kette wie im obigen Fall vorne über gleich oder ähnlich viele Zähne wie hinten, dann sagt man: Es liegt ein kleiner Gang ein. Läuft die Kette vorne über mehr Zähne als hinten, so sagt man: Es liegt ein großer Gang ein. In einem großen Gang musst du fester treten als in einem kleinen. Wie viele Zähne auf dem vorderen Ritzel im Vergleich zum hinteren sind, nennt man Übersetzungsverhältnis. Bei einem hohen Übersetzungsverhältnis trittst du mit viel Kraft und die Pedale bewegen sich wenig. Bei einem niedrigen Übersetzungsverhältnis trittst du mit wenig Kraft und die Pedale legen einen längeren Weg zurück. Zum Schluss wirst du jetzt noch lernen, wo die Energie herkommt, die wir aufwenden, um Fahrrad zu fahren. Außerdem wirst du lernen, wo es zu Energieverlusten kommt. Wenn wir Fahrrad fahren, wandeln wir Energie um. In dem Essen, das wir zu uns nehmen, steckt Energie. Wenn wir uns bewegen, wird diese Energie mit Hilfe von Sauerstoff in die Bewegungsenergie der Muskeln umgewandelt. Sauerstoff befindet sich in der Luft. Wenn viel Energie aus Nahrung in die Energie der Muskelbewegung umgewandelt wird, braucht man auch mehr Sauerstoff. Das merkst du daran, dass du beim Sport stärker atmest, als wenn du dich nicht bewegst. Die Bewegungsenergie deiner Muskeln wird dann über die Pedale und die Kette auf das Fahrrad übertragen und es setzt sich in Bewegung. Ein Teil der Energie, die du aufwendest, um dein Fahrrad zu bewegen, geht allerdings auch wieder verloren. Das liegt zum einen daran, dass an allen beweglichen Teilen deines Fahrrades, wie den Reifen, den Pedalen oder den Lagern Reibung auftritt. Durch Reibung entsteht Wärme. Das merkst du, wenn du deine Hände fest zusammendrückst und sie dann gegeneinander reibst. Deine Hände werden warm. Genau so werden auch die beweglichen Bauteile deines Fahrrades warm. Außerdem wird ein Teil der Energie dafür aufgewendet den sogenannten Luftwiderstand zu überwinden. Er ist größer, desto schneller du fährst. Wenn du Gegenwind hast und nur sehr langsam fahren kannst, dann ist auch der Luftwiderstand dafür verantwortlich. So, was hast du heute gelernt? Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich etwas bewegt. Um uns schneller bewegen zu können, nutzen wir unter anderem Fahrräder. Dabei hat sich das heutige Fahrrad aus dem Laufrad, dem Hochrad entwickelt. Mit einer Gangschaltung kannst du die Übersetzung einstellen. Wenn man berghoch fährt, stellt man einen kleinen Gang ein. Du musst dann öfters treten und die Pedale legen einen längeren Weg zurück. So kann man mit weniger Kraft die gleiche Arbeit verrichten. Beim Fahrradfahren wandelt dein Körper die Energie, die in der Nahrung steckt, mit Hilfe von Sauerstoff in die Energie der Muskelbewegung um. Die Muskelbewegung treibt dann wiederum dein Fahrrad an. Dabei kommt es zu Energieverlusten durch Rollreibung und Luftwiderstand. Das war es dann zum Thema Geschwindigkeit und Fahrrad. Ich hoffe, du hast was gelernt. Tschüss und bis zum nächsten Mal.