Waar we koppel of snelheid hebben gezien
Toolbox voor leraren
-
Het doel van deze pagina
In dit onderdeel Toepassen leren leerlingen hoe een mechanisch voordeel in de echte wereld wordt toegepast door het koppel en de snelheid van fietsen te analyseren. Verschillende fietsversnellingen worden geanalyseerd in relatie tot koppel en snelheid.
Trap sneller of trap sterker!
Bij het fietsen is het belangrijk om een bepaalde trapsnelheid (ook wel cadans genoemd) aan te houden, ongeacht heuvels of vlakke wegen. Om de kracht van het pedaal naar de wielen over te brengen, worden versnellingen gebruikt.
Er zijn twee plaatsen op een fiets waar versnellingen voorkomen. De eerste is verbonden met het pedaal, het kettingblad genaamd. De tweede plaats is verbonden met de achterband, het achterste tandwiel of tandwiel genoemd. De tandwielen zijn verbonden door een ketting. De ketting brengt de kracht die op het pedaal wordt uitgeoefend over op de wielen. Er ontstaat een mechanisch voordeel op basis van de grootte van de tandwielen die zijn verbonden met de pedalen (voorste cassette) en wielen (achterste cassette).
Er zijn verschillende fietsen met een verschillend aantal versnellingen, kettingbladen en tandwielen genoemd. Een fiets met één versnelling heeft een vast mechanisch voordeel - de versnellingen die op een fiets met één versnelling staan, veranderen niet, ongeacht of de persoon op een vlakke weg of een heuvel fietst. Dit betekent dat degene die trapt zijn benen volledig moet belasten om heuvels te kunnen beklimmen of veel sneller te kunnen fietsen.
Een fiets met meerdere versnellingen zorgt ervoor dat degene die trapt dezelfde trapsnelheid kan behouden, zodat hij zijn mechanische voordeel kan aanpassen om verschillende resultaten te bereiken. Hierdoor kan de fietser heuvels beklimmen of sneller rijden zonder de trapsnelheid te veranderen.
Een fiets met meerdere versnellingen biedt veel mogelijkheden om het mechanische voordeel in eigen voordeel te gebruiken. Een stilstaande fiets zou een tandwielcombinatie willen gebruiken die geschikt is voor meer koppel (draaivermogen) om te versnellen vanaf een stop of om een grote heuvel te beklimmen. Een mechanisch voordeel voor het koppel (meer draaivermogen) wordt bereikt wanneer een kleinere versnelling een grotere versnelling aandrijft. In het kader van een fiets gebeurt dit wanneer de kleinste voorste kettingbladmaat wordt gekoppeld aan het grootste achterste tandwiel of tandwiel. Een fiets die is afgestemd op koppel, kan echter niet heel snel bewegen.
Aan de andere kant moet een fiets die al beweegt en een hoge snelheid wil bereiken, een versnellingscombinatie gebruiken die geschikt is voor meer snelheid (bewegingssnelheid) om een hoge snelheid te bereiken zonder honderden keren per minuut te hoeven trappen. Een mechanisch voordeel voor de snelheid wordt bereikt wanneer een grotere versnelling een kleinere versnelling aandrijft. Bij een fiets gebeurt dit wanneer het grootste kettingblad aan de voorkant is gekoppeld aan het kleinste tandwiel of tandwiel aan de achterkant.
Door een mechanisch voordeel te hebben bij het fietsen, kunnen fietsers het maximale uit de hoeveelheid energie halen die ze leveren. Een mechanisch voordeel kan in veel verschillende situaties worden toegepast en wenselijk worden bij het ontwerpen van een robot voor een wedstrijd.