Physik Forum

[Mondbasis]

Wer hat Lust, folgende Mathe-/Physiknuss zu knacken?

Gegeben sei:

* Fahrrad inkl. Fahrer mit dem Gesamtgewicht 120kg

* Normale physikalische Verhältnisse (waagerechte Fläche, typische Aerodynamik und Reibung, etc.)

* Elektromotorantrieb mit der Betriebsspannung 48V und einem Gesamtwirkungsgrad von 80%

* Der Elektromotor wird gespeist von einem Hochkapazitäts-Kondensator

Wieviel Kapazität in Farad muss der Kondensator aufweisen, um das Fahrrad von Null auf 25km/h zu beschleunigen?

Ich hoffe, ich konnte Euren Tatendrang motivieren. Für Eure Hilfe wäre ich sehr dankbar.

[GvC]

Was ist denn "typische Aerodynamik und Reibung"??? Diese Größen hängen von Gestalt, Größe und Haltung des Fahrers sowie von der Gestalt des Fahrrades und dem Reifendruck in Verbindung mit Reifenbreite , Reifebdurchmesser und insbesondere dem Reifendruck ab. Da kannst Du jeden beliebigen Phantasiewert annehmen. Außerdem müsstest Du erstmal ein elektrische Antriebssystem beschreiben, das in der Lage ist, bei beliebiger Spannung 80% der in einem Kondensator gespeicherten elektrischen Energie in mechanische Energie umzusetzen. Sobald der Kondensator beginnt, sich über den Kondensator zu entladen, sinkt doch die Spannung, und zwar bis auf Null, wenn der Kondensator vollständig entladen ist. Wie ein Motor aussieht, der selbst bei minimalen Spannungen noch irgendwelche Leistung abgibt, wüsste ich nicht zu beschreiben.

Aber theoretisch und unter idealisierten Verhältnissen (keine Luft- und Rollreibung, ideales Antriebssystem, das genau dazu in der Lage ist zu machen, was praktisch nicht machbar ist) kann man natürlich irgendeinen Wert nach Energieerhaltungssatz bestimmen, nämlich

Wel = Wkin

C*U²/2 = m*v²/2

---> C = m*(v/U)²

Da bekommst Du einen reinen Phantasiewert von 2,51 F raus. Solche Kondensatoren gibt es zwar schon in relativ kleinen Baugrößen, z.B. für Beleuchtungszwecke per LED, aber sie erlauben auch nur sehr kleine Ströme, sind also nur mit einer sehr geringen Leistung belastbar. Für einen Antrieb benötigte man aber deutlich höhere Ströme; das Fahrad sollte ja innerhalb einer endlichen Zeit beschleunigt werden. Solche Hochleistungskondensatoren sind dann aber entsprechend groß mit hohem Gewicht, das möglicherweise ein Mehrfaches des Fahrergewichts ausmacht und dann auch noch auf dem Fahrrad mit transportiert werden muss.

[Mondbasis]

Vielen Dank für Deine Hilfe.

Was passiert denn, wenn ein großer Strom vom Kondensator gezogen wird. Ich dachte, genau dafür sind die aufgrund ihres geringen Innenwiderstandes besonders geeignet?!

[isi1]