Überhöhte Kurven und Schräglage bei Zweiradfahrzeugen

Titel:

Überhöhte Kurven und Schräglage bei Zweiradfahrzeugen

Note: 1- Klasse: 10

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Arbeit: Überhöhte Kurven / Schräglage bei Zweiradfahrzeugen

1. Überhöhte Kurven
1.1 Kurvenfahren auf ebener Fahrbahn
1.1.1 Kurzwiederholung: Zentripetalkraft

Zentripetalkraft, die Kraft, die bei einer Kreisbewegung auf den bewegten Körper einwirkt und auf den Mittelpunkt gerichtet ist. Beispielsweise sei ein Ball an einer Schnur befestigt und werde mit konstanter Geschwindigkeit herumgeschleudert. Der Ball vollführt dann eine Kreisbewegung, weil über die Schnur eine Zentripetalkraft auf ihn ausgeübt wird.

1.1.2 Kurvenfahren – bei zu hoher Geschwindigkeit

- Die Zentripetalkraft wird durch Reibung aufgebracht
- Wenn die Geschwindigkeit in der Kurve zu groß ist, schleudert das Fahrzeug aus der Kurve
- Grund: Die Haftkraft ist nun zu klein und kann die notwendige Zentripetalkraft nicht mehr aufbringen
-> Kurvenfahren nur bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit möglich; Problem bei mangelnder Reibung (Glatteis, Reifenprofil, …)

1.2 Kurvenfahren in einer ideal überhöhten Kurve
1.2.1 Definition einer „ideal überhöhten Kurve“

Eine überhöhte Kurve vermindert das Gefühl im Fahrzeug nach außen gedrückt zu werden. Eine ideal überhöhte Kurve ist eine, bei der keine äußere Kraft notwendig ist, damit das Fahrzeug auf seiner Spur bleibt. Ist die überhöhte Kurve mit Eis bedeckt, d.h. keine Reibung würde das Auto trotzdem auf der Straße bleiben.

1.2.2 Kräfteparallelogramm
1.2.3 Berechnung

- Im Parallelogramm finden wir den Winkel α wieder
- Er lässt sich mit folgender Formel berechnen:
- tan α = Fz / G
- bzw.: tan α = mv² / rmg
-> v = √(rg*tan α)

1.2.4 Wirklichkeit

- Ohne Reibung gibt es also bei vorgegebenen α nur eine
Geschwindigkeit v, mit der das Auto durch die Kurve kommt
- Eine gewisse Reibung und die Kurvenüberhöhung helfen dem Auto
- Die Rechung gibt nur an, bei welchem Winkel / Geschwindigkeit
das Auto optimal (Fh = 0) durch die Kurve fährt
- Bei größerem v muss die Reibung zwischen Straße und Reifen
verhindern, dass das Auto nach außen, bei kleinrem v nach innen rutscht

1.2.5 Anwendung

- Steilwand
- Hauptsächlich früher bei Achterbahnen, damit sie nicht aus der Spur kamen, heute nur noch, damit das Gefühl nach außen gedrückt zu werden vermindert wird

2. Schräglage bei Zweiradfahrzeugen
2.1 Problemstellung
2.1.1 Geradeausfahren

- keine Schräglage

2.1.2 Kurvenfahren ohne Schräglage

- genauso wie dieser Stift würde der Motorradfahrer umkippen

2.2 Kurvenfahren in der Schräglage
2.2.1 Kräfteparallelogramm

- Im Parallelogramm oben rechts finden wir den Winkel α wieder
- Er lässt sich mit folgender Formel berechnen:
- tan α = Fz / G = mv² / rmg = v² / rg
- Die max. Haftreibungskraft ist Fhmax. = fh * G. Da Fz = Fh
ist, rutscht das Rad sicher nicht weg, solange gilt:
- Fz < Fhmax. => Fz < fh * G => Fz / G < fh => tan α < fh

2.2.2 Wirklichkeit

In der Realität berechnet kein Motorradfahrer/Radfahrer vor jeder Kurve mit welcher Schräglage er fahren muss. Wir wählen nämlich die Schräglage nach zwei wenig genauen Faktoren: Erfahrung und Gefühl

Quelle: - Dorn-Bader, Physik Oberstufe M, Schroedel-Verlag, 1990, Seiten 108-110 - Physik Oberstufe, Ausgabe B, Band 1, Cornelsen-Verlag, 1. Auflage, Seite 67 - http://riedgym.eduhi.at/leoc/homepage/physik/9/kurven.htm#ueberhoeht - Bildersuche: www.google.de - Simulation: NoLimits Coasters v1.26

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