Girutveksling |
Mange lurer på hvordan girutvekslingen
på sykkelen fungerer. Av rent erfaringsmessige årsaker vet
de fleste at stort tannhjul foran og lite bak gir et tungt gir som gir
stort fart, men hvis kjedet ligger på et stort tannhjul bak og et
lite foran så blir det lett gir. Hvordan har dette seg? Hvorfor
gir stort foran tungt gir og stort bak lett gir? Det skal jeg prøve
å forklare nå.
|
||||
Hele hemmeligheten ligger vel i bunn og grunn i prinsippet om kraftmomentarmer og utført arbeid. Skal forklar hva det er for de som ikke kjenner til dette. Dersom man skal løsne en hjulbolt eller liknende som sitter skikkelig hardt fast, så kommer man fort til kort med en kort fast-/skiftenøkkel. Dersom man skaffer en nøkkel som er lengre så får man et større moment og bolten løsner kun ved en liten kraftpåkjenning. Kraftmoment er definert som kraft mulitiplisert med lengden på armen, der kraften er gitt i Newton. | ||||
La oss starte med tilfellet der vi har kjedet på et stort tannhjul foran og et lite bak. | ||||
Starter først med kransen
bak, slik det er skissert i venstre del av figuren over. Kjedet ligger nå
på den minste klingen bak. Den røde vertikale streken er kraftmomentarmen
her. Grunnen til at det blir så tungt er at denne armen er så
kort. Det blir samme prinsippet som en kort skiftenøkkel. Studerer vi nå den store skiven foran (til høyre på figuren) så ser vi at her er kraftmomentarmen betydelig lengre. Men hvorfor blir det ikke lettere å trå rundt på et stort tannhjul foran med lang arm, enn med et tannhjul med kort arm. Det er bare å teste sykkelen på veien så finner du fort ut at økende størrelse på tannhjulene foran gir tyngre gir. Her må vi se alt litt i sammenheng med antall meter kjedet beveger seg for hver runde vi tråkker rundt. Ved å velge et stort tannhjul foran, så trekker vi rundt en lengde på kjedet som er lik omkretsen av tannhjulet. Dersom vi velger et mindre tannhjul foran, så trekkes en kortere lengde med kjede rundt. En runde med et tannhjul med stor omkrets beveger vi oss altså lengre enn med en runde ved bruk av et tannhjul med mindre omkrets. Ganske logisk trengs da et større arbeid. Arbeid i fysikken er gitt ved kraft mulitiplisert med veien vi beveger oss. Dermed er det forklart hvorfor stort tannhjul foran og lite bak gir et tungt gir. |
||||
Så studere vi det motsatte tilfellet. | ||||
Her ser vi at kjedet ligger på
en stor klinge bak og en liten foran. Som kjent for de fleste så gir
dette et lett gir. Ved å bruke samme resonnement som over, så
lar dette seg lett forklare hvorfor dette blir et så lett gir. Siden
jeg avsluttet å ta for meg tannhjulet foran i tilfellet over, så
vil jeg begynne med dette her. Til høyre i bildet ser vi tannhjulet
foran. Momentarmen er kort. Men som forklart over spiller ikke det særlig
rolle her foran. Derimot er kjedelengden pr omdreining av foran nå
veldig kort. Dermed beveger vi oss ikke så langt pr tråkkomdreining.
Vi beveger oss ikke så langt og arbeidet som trengs for å forflytte
oss pr omdreining av skiva foran blir da mindre. Dermed blir det et lett
gir. På kransen bak ligger kjedet på et stort tannhjul. Her er kraftmomentarmen lang, dermed bidrar dette til at utvekslingen blir lettere. Lengden vi beveger oss pr omdreining blir da også kortere. |
||||
Strekning og fart | ||||
Fra det vi vet nå så
kan vi lett finne ut hvor langt sykkelen vil bevege set på et tråkk.
Først finner du omkretsen på tannhjulet foran. Da finner du
hvor mange meter med kjedet som forflytter seg pr omdreining. Denne lengden
med du dele på omkretsen på tannhjulet bak. Da finner du antall
omdreininger bak pr omdreining foran. Så multipliserer du dette forholdstallet
med omkretsen av sykkelhjulet. Da har du funnet lengden man beveger seg
pr omdreining. Fart er definert som strekning dividert på den tiden det tar. Ta tiden på en omdreining på tannhjulet foran. Ta den strekningen du fant og del dette på tiden, så finner du farten. |
||||
Oppsummering | ||||
På kransen bak bruker vi
prinsippet om kraftmoment for å forklare om giret blir lett eller
tungt. Kort arm gir tungt gir, mens lang arm gir lett gir. På tannhjulene foran må vi se mer på det arbeidet som blir utført. altså kraft ganger vei. Jo større tannhjul her, jo lengre trekker vi sykkelen pr omdreining, dermed trengs et større arbeid og det blir tyngre. |
||||
Sykkelsiden 21 desember 2003 - Copyright
|
||||
Skrevet av webmaster, Christian
Ellefsen
|