Juri Jelinek/Sanje Kapoor

January 8, 2018 | Author: Anonymous | Category: Wissenschaft, Physik, Mechanik
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- Kinderfachhochschule -

Themenübersicht 2. Schulhalbjahr 2010/2011 (Mai bis Juli 2011 – 10 Termine) 1. Kennenlernen und Sicherheit 2. 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

09.03.2011

http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik

- Kinderfachhochschule - 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

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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

1cal  4 ,1868 Joul 1Watt  1 J / s 1 kWh  860 Kcal 1J 

kg  m s

2

2

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- Kinderfachhochschule - 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: c w  Strömungsw iderstands koeffizien t Leistung in Watt = 0 . 5  c w  A  Luftdichte  v 3 2 1 . 2 kg m Luftdichte = Der Rollwiderstand entspricht dem Verformungswiderstand eines sich abwälzenden Körpers: FR  c R  FN – Rollwiderstand ist Rollwiderstandskoeffizient mal Normalkraft Quelle:http://quarks&co.de/

Juri Jelinek/Sanje Kapoor

Leistung 2011

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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

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- Kinderfachhochschule - 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

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Versuchsaufbau Pulsuhr Brustgurt Rollentrainer Quizkarten

Quelle: http://www.amazon.de ; http://www.toms-bikepart-shop.de

Juri Jelinek/Sanje Kapoor

Leistung 2011

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Quizkarten

Quelle: http://www.kalorio.de

Juri Jelinek/Sanje Kapoor

Leistung 2011

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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

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- Kinderfachhochschule - 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

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Physikalische Größen Weg Zeit Geschwindigkeit Beschleunigung Masse Kraft

[m] [s] [m/s] [m/s2] [kg] [N]

Arbeit=Energie Arbeit=Kraft x Weg Leistung

[Nm]=[J]

Einheit Meter Einheit Sekunde Einheit Meter pro Sekunde Einheit Meter pro Sekunde zum Quadrat Einheit Kilogramm Einheit Newton=Kilogramm mal Meter pro Sekunde zum Quadrat Einheit Newton mal Meter=Joule

[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 Kraft x Weg 

N

kg m/s^2

Arbeit 

Energie 

Nm

J

Arbeit / Zeit 

Leistung 

J/s

W

kWh

kJ/3600

Energieverbrauch= Leistung*Zeit=Arbeit

kg m^2/s^2

Tafel Schokolade mit 2347 kJ Brennwert (spez. Wärmekapazität Wasser c=4200 J/(kg K) 2347  1000 J 4200 J /( kg K )  85 K

 6,6 kg Wasser

Mit einer Tafel Schokolade kann man 6,6 kg Wasser (=6,6 Liter) von 15° C zum Kochen auf 100° C erhitzen.

- Kinderfachhochschule -

Das kleine Einmaleins der Größen und Einheiten Kraft * Weg = Arbeit = Energie [N] [m] [Nm]

Energie

[ J]

Zeit

[s]

 Leistung

[J]

[W ]

Verbrauch [J]= Leistung [W] * Zeit [s] (kwh werden bezahlt - 2010: Strom 0,23 €, Gas 0,07 €)

2

spezifisch e Energie

[m ] 2

[s ]

Frank Kameier



Energie

[J]

Masse

[Kg ]

28.02.2011

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Kalorieverbrauch pro Stunde = Energiebedarf - Kinderfachhochschule -

3500 3000 2500 2000

kJ/h 1500

1 Tafel Schokolade reicht für 40 km Fahrradweg!

1000 500

Si tz en St eh G eh en en R ad 3 fa km hr /h en 10 G km eh en /h 4, 5 km G eh /h R en ad 6 fa km hr en /h R ad 20 fa km hr /h en 50 km G Sc eh /h hw en im 8 m km en /h 50 m La /m uf in en 9 La km uf /h en 12 La km uf /h en 15 km /h

Li eg

en

0

Michael Gressmann: Fahrradphysik und Biomechanik, 10. Auflage, Kiel, 2009

L ie g e n S itze n S te h e n G e h e n 3 k m /h R a d fa h re n 1 0 k m /h G e h e n 4 ,5 k m /h G e h e n 6 k m /h R a d fa h re n 2 0 k m /h R a d fa h re n 5 0 k m /h G e h e n 8 k m /h S c h w im m e n 5 0 m /m in L a u fe n 9 k m /h L a u fe n 1 2 k m /h L a u fe n 1 5 k m /h

K ilo J o u le p ro S tu n d e W a tt k J /h W 300 380 450 730 760 840 1090 1120 2240 2400 2700 2780 2970 3280

83 106 125 203 211 233 303 311 622 667 750 772 825 911

- Kinderfachhochschule Energieinhalt von Lebensmitteln 40000

1 kg Zucker (Jelly Belly)

35000

erfordert etwa 15 Stunden

30000 25000 20000

Energieinhalt kJ/kg

Fahrradfahren mit 20 km/h! Oder …

15000 10000

man wird dick!

5000

l ho Al ko

Ei s

Bi er

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Michael Gressmann: Fahrradphysik und Biomechanik, 10. Auflage, Kiel, 2009 Frank Kameier

09.03.2011

Zucker P o m m e s frite s F e tt C o c a C o la Ä p fe l V o llk o rn b ro t V o llm ilc h s c h o k o la d e B ie r E is A lk o h o l

E n e rg ie in h a lt k J /k g 17000 5000 36000 1500 2000 8000 22500 1800 3600 30000

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Ernährungspyramide

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