Bremsvideo von Ben Cathro, Frage zur Physik

Herr Latz

Radfahrer
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Was veranlasst dich zur Benutzung dass hier das Bezugssystem des Fahrers betrachtet wird. Ich empfinde das das als unintuitiv.
Dort hätte ich ja auch keine Beschleunigung (nach hinten) und daher auch keine Trägheit und daraus resultierende Kraft. => Nicht dass passende Bezugssystem um die Bremsung darzustellen.
Ich denke es ist klar dass das Bezugssystem in den wir uns bewegen ganz normal der gute alte Boden ist auf dem der Typ fährt. Trägheitskraft wirkt, wie im Physik Unterricht gelernt, der Kraft entgegen die die Beschleunigung verursacht. Actio gleich reactio. So haben wir das in der Realschule gelernt.
Bin ich da jetzt falsch gewickelt? Ich kann mich ja irren, aber ich sehe einfach keinen Grund dass ganze im Bezugskoordinatensystem des Fahrers zu betrachten. Das macht doch nix einfacher.
 

Trittmeinsohn

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Was veranlasst dich zur Benutzung dass hier das Bezugssystem des Fahrers betrachtet wird.
Weil es einfacher ist? Wenn es um Fahrtechnik geht macht es sehr viel Sinn, das Bezugssystem des Fahrers zu nehmen. Der Fahrer spürt die Kräfte und muss reagieren. Der Sportler muss ja intuitiv wissen, wo links, rechts vorne hinten ist und was mit Drehung nach links gemeint ist. Da ist der Bauchnabel/Körperschwerpunkt ein guter Koordinatenursprung.

Fahrradphysik diskutiert man besser vom Waldboden. Da ist man ja auch eher der Zuschauer.

Was man nicht machen sollte ist unmotiviert zwischen Fahrer- und Zuschauerperspektive (um nichts anderes geht es ja) hin und her zu wechseln.
 

Herr Latz

Radfahrer
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Ich muss gestehen meine Vorstellung der Massenträgheit ist eher von der d'Alembertschen Trägheitskraft geprägt. Die wirkt in nicht beschleunigten Bezugssystemen auf beschleunigte Massen.
Ich kann verstehen dass diese Betrachtung aus der "Fahrerposition" positive Aspekte hat, glaube aber nicht dass sie ein Verständnis der auftretenden Kräfte fördert. To each their own.
 
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Das bestärkt mich in der Einschätzung, dass Betrachtungen im beschleunigten Fahrersystem eben nicht sehr intuitiv sind, vor allem wenn man keinen tieferen physikalischen Hintergrund hat. Das Problem ist dabei, dass darin eben Kräfte auftreten, die erst mal keinen offensichtlichen Grund haben.

Deshalb auch vorstehend mein Bemühen, den Sachverhalt ins „Bodensystem“ überzuführen. Das ist darin vielleicht etwas aufwendiger und nicht so elegant, aber mMn doch intuitiver.

Noch eine Anmerkung: Trägheitskraft geht mit „actio gegengleich reaction“ nicht zusammen, weil da der Akteur der Kraft fehlt (deswegen ist es ja nicht so intuitiv). Und das d´Alembertsche Prinzip ist letztlich ein Rechentrick, der eine dynamische Situation in eine quasi-statische Situation überführt (dynamisches Gleichgewicht). Das ist hilfreich, um irgendwas zu berechnen, aber fürs Verständnis der Vorgänge würde ich das eher nicht heranziehen.
 
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Um die Ehre der Realschule zu retten, ich fürchte, du schmeißt da einiges durcheinander. 🙂
Dort hätte ich ja auch keine Beschleunigung (nach hinten) und daher auch keine Trägheit und daraus resultierende Kraft.
Da das System mit dem Fahrer verbunden ist, erfährt der Fahrer darin logischerweise keine Beschleunigung. Allerdings wird das System insgesamt beschleunigt. Daraus bedingt sich dann die Kraft.

Was im ruhenden System eine Beschleunigung ist (das Bremsen), das zeigt sich im (passend) beschleunigten System als Kraft. Hier zeigt sich auch wieder das Prinzip F=m*a

Nicht dass passende Bezugssystem um die Bremsung darzustellen.
Lässt sich in jedem beliebigen System darstellen, nur mit unterschiedlicher Komplexität. Die einfachste Darstellung ist übrigens nicht zwangsläufig intuitiv.

Ich denke es ist klar dass das Bezugssystem in den wir uns bewegen ganz normal der gute alte Boden ist auf dem der Typ fährt.
Es gibt rein physikalisch kein ausgezeichnetes Bezugssystem, also auch kein „normales“. Es gibt aber welche, in denen sich Sachverhalte intuitiv darstellen (das wäre meistens der Boden) und welche, in denen Sachverhalte mathematisch sehr einfach werden (im Beispiel das Fahrersystem; ist nicht gleichbedeutend mit leicht verständlich).

Trägheitskraft wirkt, wie im Physik Unterricht gelernt, der Kraft entgegen die die Beschleunigung verursacht.
Das ist leider so nicht richtig. Was stimmt: Die Massenträgheit bietet einer Beschleunigung quasi einen Widerstand, weshalb eben eine Kraft nötig ist, um eine Beschleunigung zu bewirken. Diese Trägheit ist aber keine Kraft!

Actio gleich reactio.
Actio gegengleich Reactio bedeutet, wenn du dich von der Erde abdrückst und hochspringst, dann drückst du gleichzeitig auch die Erde weg. Da die Masse der Erde aber ungleich größer ist, bleibt die Auslenkung der Erde nicht wahrnehmbar. Es wirkt auf dich und die Erde die gleiche, allerdings entgegengesetzt gerichtete Kraft. Der Impuls des Gesamtsystems bleibt erhalten.

Hintergrund ist, dass jede Kraft quasi einen Angriffspunkt braucht. Das gilt aber nur im ruhenden (oder gleichmäßig bewegten) System. Im beschleunigten System ist das anders. Da tauchen durch die Beschleunigung des Systems plötzlich Kräfte „aus dem Nichts“ auf, z.B. Trägheitskraft, Zentrifugalkraft, Corioliskraft, weshalb diese auch Scheinkräfte genannt werden. Für diese Scheinkräfte gilt aber nicht actio gegengleich reactio, weil es nichts gibt, was diese Kräfte konkret auslöst (das sieht dann wieder anders aus, wenn man sich ansieht, woher die Beschleunigung des Systems herkommt).

Bin ich da jetzt falsch gewickelt?
Anscheinend

Ich kann mich ja irren, aber ich sehe einfach keinen Grund dass ganze im Bezugskoordinatensystem des Fahrers zu betrachten. Das macht doch nix einfacher.
Wie wäre es mit der Argumentation aus dem Video? Im Fahrersystem wirkt einerseits die Gravitation und andererseits beim Bremsen die Trägheitskraft. Die resultierende Kraft (die Summe beider Kräfte) ist dann nach vorne unten gerichtet und greift im Körperschwerpunkt an. Wenn die resultierende Kraft vor dem Vorderrad in den Boden geht, resultiert ein Drehmoment nach vorne und ein OTB droht. Verlagert man den Körperschwerpunkt nach hinten, trifft die resultierende Kraft weiter hinten auf den Boden, idealerweise dann hinter dem Vorderrad. Problem gelöst.
Dies ist eine einfache und elegante Beschreibung und deutlich kürzer, als was ich weiter oben im „Bodensystem“ dargestellt habe. Setzt aber ein paar Grundkenntnisse voraus, da sonst offensichtlich Missverständnisse entstehen können.
 

Herr Latz

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Noch eine Anmerkung: Trägheitskraft geht mit „actio gegengleich reaction“ nicht zusammen, weil da der Akteur der Kraft fehlt (deswegen ist es ja nicht so intuitiv). Und das d´Alembertsche Prinzip ist letztlich ein Rechentrick, der eine dynamische Situation in eine quasi-statische Situation überführt (dynamisches Gleichgewicht). Das ist hilfreich, um irgendwas zu berechnen, aber fürs Verständnis der Vorgänge würde ich das eher nicht heranziehen.
Aber ist die Physik nicht generell ein Trick der ein komplexes System in eine vereinfachte Situation überführt. Also hilfreich um was zu berechnen?
Ich glaube wir sind da an einem Punkt wo es eher subjektiv ist was einem zum Verständniss der Trägheit hilft. Aber ich hab was über Kräfte in beschleunigten Bezugssystemen gelernt. auch wenn das sicher in der Schule oder im Studium mal dran war.
Noch eine Frage: Sollen wir dann den Guten alten Spruch "Die Summe aller auf einen Körper einwirkenden Kräfte ist null" (fürs Inertialsystem) über Bord werfen?
 
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Aber ist die Physik nicht generell ein Trick der ein komplexes System in eine vereinfachte Situation überführt. Also hilfreich um was zu berechnen?
Physik ist kein Trick, sondern ein Modell. Modelle können genauer oder ungenauer sein und verschiedenen Zwecken dienen. Ihnen gemeinsam ist, dass sie die Wirklichkeit nicht zu 100% abbilden, aber für die praktische Anwendung spielt das idR keine Rolle. Zum Beispiel ist die klassische Mechanik ja auch nur eine Näherung der relativistischen Mechanik für kleine Geschwindigkeiten, aber sie reicht vollkommen aus, um damit Flugzeuge fliegen zu lassen.

Ich glaube wir sind da an einem Punkt wo es eher subjektiv ist was einem zum Verständniss der Trägheit hilft. Aber ich hab was über Kräfte in beschleunigten Bezugssystemen gelernt. auch wenn das sicher in der Schule oder im Studium mal dran war.
Noch eine Frage: Sollen wir dann den Guten alten Spruch "Die Summe aller auf einen Körper einwirkenden Kräfte ist null" (fürs Inertialsystem) über Bord werfen?
In einem Inertialsystem gilt: Wirkt auf einen Körper keine Kraft (Summe der einwirkenden Kräfte gleich null), dann ändert er seinen Bewegungszustand nicht. (Folgt aus F=m*a; ist F=0, dann ist auch a=0)
Andersherum: Soll ein Körper seinen Bewegungszustand ändern (also ein Radfahrer z.B. bremsen), dann muss eine Kraft wirken, d.h. die Summe aller einwirkenden Kräfte kann gar nicht null sein.
Etwas anderes ist ein abgeschlossenes mechanisches System, also ein System, dem von außen keine Energie zugeführt wird und in dem es nur mechanische Energie gibt. Dann müssen sich stets alle im System wirkenden Kräfte aufheben, sonst würde irgendwo Arbeit verrichtet und das würde dem Energieerhaltungssatz widersprechen. Nimmt man noch andere Energieformen hinzu (beim Radfahren z.B. die Wärmeenergie beim Bremsen oder auch die Muskelkraft des Fahrers, die ja letztlich einer chemischen Energie entstammt), sieht das schon wieder anders aus.
 

Herr Latz

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Physik ist kein Trick, sondern ein Modell. Modelle können genauer oder ungenauer sein und verschiedenen Zwecken dienen. Ihnen gemeinsam ist, dass sie die Wirklichkeit nicht zu 100% abbilden, aber für die praktische Anwendung spielt das idR keine Rolle. Zum Beispiel ist die klassische Mechanik ja auch nur eine Näherung der relativistischen Mechanik für kleine Geschwindigkeiten, aber sie reicht vollkommen aus, um damit Flugzeuge fliegen zu lassen.
Ich wollte eigentlich mit meinem Kommentar aufzeigen daß die d'Alembertsche Trägheitskraft ebenfalls ein verbreiteten Phsikalischen Modell ist das du gewissermaßen als "falsch" abtust. Ich sehe ja ein daß man es anders betrachten kann, aber deshalb ist dieses Modell ja nicht falsch. Ob man das jetzt als intuitiv oder anschaulich empfindet ist Ansichtssache, aber bestimmt nicht falsch. Ich finde es recht anschaulich, hat aber bestimmt auch damit zu tun daß ich es mal so gelernt hab und es gewissermaßen in mein Verständniss der Newtonschen Mechanik integriert hab.
In einem Inertialsystem gilt: Wirkt auf einen Körper keine Kraft (Summe der einwirkenden Kräfte gleich null), dann ändert er seinen Bewegungszustand nicht. (Folgt aus F=m*a; ist F=0, dann ist auch a=0)
Andersherum: Soll ein Körper seinen Bewegungszustand ändern (also ein Radfahrer z.B. bremsen), dann muss eine Kraft wirken, d.h. die Summe aller einwirkenden Kräfte kann gar nicht null sein.
Etwas anderes ist ein abgeschlossenes mechanisches System, also ein System, dem von außen keine Energie zugeführt wird und in dem es nur mechanische Energie gibt. Dann müssen sich stets alle im System wirkenden Kräfte aufheben, sonst würde irgendwo Arbeit verrichtet und das würde dem Energieerhaltungssatz widersprechen. Nimmt man noch andere Energieformen hinzu (beim Radfahren z.B. die Wärmeenergie beim Bremsen oder auch die Muskelkraft des Fahrers, die ja letztlich einer chemischen Energie entstammt), sieht das schon wieder anders aus.
Ist natürlich konsistent was du schreibst, aber halt wieder unser schon zutage getretener Dissens. Es ist halt einfach die Frage ob man die d'Alembertsche Trägheitskraft miteinbezieht oder nicht. Ich finde sie insofern gut bei dieser Betrachtung, weil sie sich mit dem deckt was ich beim fahren spüre. Sie drückt mich nach vorne. Kommen wir so zusammen?Dem ganzen Drehmoment Ding um den Kontaktpunkt vom Vorderrad mit Potential für OTBs und so schließe ich mich eh an.
 
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Ich würde dir vorschlagen, nochmal die Herkunft der d‘Alembertschen Trägheitskraft nachzuschlagen. Das hier auszuführen, würde echt zu weit führen. Nur soviel: Deren Einführung ist an spezielle Rahmenbedingungen geknüpft, die bei der allgemeinen Betrachtung eines mechanischen Systems einfach nicht gegeben sind bzw. keinen Sinn machen.
 

Trittmeinsohn

Angstbremser
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Am Rand vom Wald
Macht es nicht so theoretisch. Es geht einfach darum, ob man die Dinge besser aus der Trainer- oder aus der Sportlerperspektive diskutiert. Dabei ist es völlig egal, ob es ums Biken oder z.B. ums Turnen, Skifahren oder sonst was geht. Ob die physikalische Modellbildung dadurch einfach oder kompliziert wird ist bei vielen Fragen völlig egal.
Wichtig ist, was man erreichen will. Geht es darum, als Sportler Anweisungen umzusetzen? Dann braucht man die Anweisungen aus Sportlerperspektive. Da kann man einen geistig unflexiblen Trainer, der aus seiner Perspektive nicht raus kann eher nicht brauchen. Steht man am Rand und fachsimpelt ob der Sprung/Trick des Vereinskameraden gut war, dann bleibt man in der Trainerperspektive.

Die Modellbildung ist jeweils nur das Werkzeug. Wenn die Modellbildung durch die Aufgabenstellung kompliziert wird, dann ist das halt so. Da muss man durch, dafür hat man das ja studiert. Als Physiker im Team geht es nicht darum, sich das Leben leicht zu machen, sondern dem Team die Antworten zu liefern, mit denen die anderen weiter arbeiten können.
 
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Das Problem ist nur, dass heutzutage sich viele per Video selbst aus der Trainerperspektive betrachten und das dann nicht vernünftig in die Sportlerperspektive übertragen können. Nicht jeder ist ein guter Coach! 🙂
Wichtig ist halt in jedem Fall sauber zwischen beiden Perspektiven bzw. Bezugssystemen unterscheiden zu können und zu wissen, was sich beim Wechsel vom einen ins andere ändert.
 
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