Exploratorium: De wetenschap van het fietsen: Frames & Materialen/pagina 3 van 4

Frames & Materialen Pagina: 3 van 4

Buigzame kracht, uiterste kracht en elasticiteit.

Wanneer een fietsfabrikant een materiaal kiest voor het maken van frames houdt hij of zij rekening met de volgende eigenschappen:

Elasticiteit:
Wanneer een voorwerp wordt gebogen en het zijn originele vorm houdt, kun je zeggen dat het veel elasticiteit heeft.

Buigzame kracht:
Dit is de hoeveelheid kracht die nodig is om het materiaal dusdanig te buigen dat het niet in zijn oorspronkelijke vorm terug kan.

Uiterste kracht:
Dit is de hoeveelheid kracht die nodig is om een materiaal te breken. Dit is ook het moment waarop een fietsframe het zal begeven met alle gevaar voor de fietser.

Een potlood is verbazingwekkend buigzaam.

Wat heb je nodig:

een plastic kam
een elastiekje
een gewone Bic balpen.
een potlood
een paperclip

Wat moet je doen:

Probeer de voorwerpen te buigen en uit te rekken. Welk materiaal is volgens jou het meest elastisch? Welk het minst? Welk materiaal heeft de grootste buigzame kracht?
Welk de minste? Hoe zit het met de uiterste kracht?

Welk materiaal zou jij kiezen voor het maken van een frame, je kunt letten op kracht en elasticiteit?

Breek een dikke pen.
Heb jij zo'n dikke meerkleurenpen? Je zult zien dat die veel moeilijker te buigen of te breken is dan een gewone pen. Fietsfabrikanten zullen de wielen vergroten om buigen te verminderen en frames sterker te maken.

Onderzoek nog meer:

Is er een materiaal waarvan de buigzame- en de uiterste kracht dichtbij elkaar liggen? Welk materiaal is dat? Zou jij dit kiezen voor het maken van een fietsframe?

Kan een materiaal weinig elasticiteit en weinig buigzame kracht en toch veel uiterste kracht hebben? Welk van de materialen die jij kent heeft die eigenschap?

Wat is er aan de hand?

De verschillende materialen die gebruikt worden voor fietsframes komen overeen met de materialen waar jij mee gewerkt hebt.

Staal, net zoals de paperclip, heeft veel uiterste kracht maar veel minder buigzame kracht. Dit is heel goed, het betekent dat een stalen frame eerst zal buigen en dan pas breekt. Hierdoor wordt de kans op een lelijke smak verminderd. Anders dan de paperclip heeft staal dat voor fietsen wordt gebruikt veel elasticiteit. De combinatie van deze eigenschappen heeft er lange tijd voor gezorgd dat staal het favoriete materiaal is voor framebouwers. Het enige minpuntje van staal is het gewicht. Vergeleken met andere materialen is staal zwaar.

Aluminium wordt de laatste tijd veel gekozen omdat het juist heel licht is. Maar de buigzame kracht van aluminium ligt dicht bij zijn uiterste kracht. Je kunt ook zeggen dat het bros is en geneigd te breken. Dit heeft gevaarlijke gevolgen voor de gebruiker van een aluminium fiets. Om een breuk te voorkomen kiest de fabrikant dus voor grote wielen en dikke lassen in combinatie met het aluminium. Het potlood heeft eigenschappen die lijken op die van aluminium: licht gewicht, het is sterk maar bros. Hout buigt net als aluminium heel weinig voordat het breekt.

Deze vouwfiets heeft een groot voorwiel, het maakt de fiets sterker.

Andere materialen, zoals koolstofweefsel en titanium hebben dezelfde kwaliteit als de plastic kam en de pen: licht gewicht, veel elasticiteit, veel uiterste kracht en relatief weinig buigzame kracht. Dit betekent dat frames die gemaakt worden van deze materialen goed ontworpen moeten worden, zodat ze stug genoeg zijn om de kracht van het trappen te kunnen hebben. Het wil ook zeggen dat deze frames heel licht en veerkrachtig zijn. Helaas zijn deze materialen heel duur, alleen de fanatieke en welgestelde fietser kan ze aanschaffen.

Frames & Materialen Pagina: 3 van 4
Klik op Verder hieronder voor de volgende pagina