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borromeus
Anmeldungsdatum: 29.12.2014
Beiträge: 509
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 borromeus Verfasst am: 23. Aug 2016 11:22 Titel: Wind beim Radfahren |
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Da ich gestern wieder mal eine kleine Runde gefahren bin und währenddessen ein lebhafter Wind blies, habe ich darüber nachgedacht was mir der Wind antut.
Ich denke, dass jeder Wind, der nicht in einem Winkel von maximal 45° von hinten bläst, meinen Energieaufwand erhöht.
Ein Seitenwind von zB 90° sorgt klarerweise für einen größeren Energieaufwand, da ich ja die Spur halten muss.
Die Frage lautet nun- unter Nichtberücksichtigung von Aerodynamik- also wenn ich einfach eine Kugel wäre, Wind mit welchem Winkel wirkt gerade noch neutral wenn dieser von hinten kommt? Stimmen die 45° von oben?
PS: irgendwie ist es auch erstaunlich, dass jeder Wind, wenn ich auf einer Strecke hin- und zurückfahre meinen km/h-Schnitt (bei konstanter Trittleistung) senkt. Würde ich hingegen mit konstanter Geschwindigkeit fahren brauche ich mehr Energie bei gleicher Strecke sobald Wind vorhanden ist.
Der Rückenwind nutzt weniger als der Gegenwind verursacht. Warum? |
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hansguckindieluft
Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212
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| hansguckindieluft Verfasst am: 23. Aug 2016 16:44 Titel: Re: Wind beim Radfahren |
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| borromeus hat Folgendes geschrieben: |
PS: irgendwie ist es auch erstaunlich, dass jeder Wind, wenn ich auf einer Strecke hin- und zurückfahre meinen km/h-Schnitt (bei konstanter Trittleistung) senkt. Würde ich hingegen mit konstanter Geschwindigkeit fahren brauche ich mehr Energie bei gleicher Strecke sobald Wind vorhanden ist.
Der Rückenwind nutzt weniger als der Gegenwind verursacht. Warum? |
da könnte u. a. eine Rolle spielen, dass der Luftwiderstad quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt:
Nehmen wir mal vereinfacht an, die Windgeschwindigkeit entspricht genau Deiner üblichen Reisegeschwindigkeit. Fährst Du gegen den Wind, und willst Du Deine Geschwindigkeit beibehalten, vervierfacht sich der Luftwiderstand, da sich die Luftgeschwindigkeit nun verdoppelt hat. Fährst Du nun mit dem Wind mit der selben Geschwindigkeit, dann fährst Du quasi bei "Windstille", also ganz ohne Luftwiderstand (auch, wenn das in der Realität nicht so ist). Aber der Unterschied ist nun nur der normale Luftwiderstand, den Du ohne Wind gespürt hättest. Du brauchst auf dem Hinweg (gegen den Wind) also viel mehr Leistung, um die Geschwindigkeit aufrecht zu erhalten, als Du auf dem Rückwg (mit dem Wind) gewinnst.
Gruß |
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DLAWE51
Anmeldungsdatum: 18.08.2016
Beiträge: 11
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| DLAWE51 Verfasst am: 23. Aug 2016 18:35 Titel: Re: Wind beim Radfahren |
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Zufälligerweise hatte ich mich vor ein paar Wochen mit dieser Thematik beschäftigt. Das Internet bietet einiges. Sogar Dissertationen!
http://lustaufzukunft.de/pivit/aero/formel.html
FGesamt = ( FRoll + FSteig + FTräg + FLuft ) / h
mit h : Antriebswirkungsgrad, dimensionslos
Die einzelnen Fahrwiderstandsgrößen werden wie folgt beschrieben:
FRoll = cr m g mit cr : Rollwiderstandsbeiwert, dimensionslos
m : Gesamtmasse des Fahrzeugs mit Fahrer in kg
g : Erdbeschleunigung » 9,81 m/s2
Typische Werte für cr liegen ja nach Reifen und Oberfläche für Fahrräder im Bereich zwischen 0,0015 und 0,015.
FSteig = s m g mit s : Steigung, dimensionslos
FTräg = a m mit a : Beschleunigung in m/s2
FLuft = r cw A vWind2 /2
mit r Luftdichte in kg/m3
cw : Luftwiderstandsbeiwert, dimensionslos
A : Stirnfläche des angeströmten Objekts in m2
vWind : Geschwindigkeit gegenüber der Luft in m/s
Für die zur Überwindung der Fahrwiderstände notwendige Leistung gilt:
P = FGesamt v mit v : Geschwindigkeit in m/s
Die Formel für den Luftwiderstand gilt streng genommen nur bei Windstille. Bei Wind ist statt v die Vektorsumme aus Fahrtwind und wahrem Wind zu nehmen; allerdings gelten cw und A normalerweise nur für Anströmung von vorne. Eine realitätsnahe Beschreibung des Luftwiderstandes (und erst recht die Messung bei Wind) ist nicht ganz einfach |
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borromeus
Anmeldungsdatum: 29.12.2014
Beiträge: 509
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| borromeus Verfasst am: 24. Aug 2016 12:13 Titel: |
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Danke sehr!
Und wie ist das jetzt mit dem Winkel?
Stimmt es, dass jeder Wind mit Winkel >45° auch von hinten von Nachteil ist?
Bei 45° wirkt ja ein Teil der Windkraft "anschiebend" aber der gleiche Teil drückt mich von der Strasse und dem muss ich mich entgegensetzen. |
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hansguckindieluft
Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212
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| hansguckindieluft Verfasst am: 24. Aug 2016 13:10 Titel: |
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Hallo,
der Einfluss des Seitenwindes ist m. E. nicht so einfach zu "fassen".
Es ist ja nicht wie bei einem Flugzeug, welches bei Seitenwind abgetrieben wird. Beim Fahrrad hält Dich ja normalerweise die Kontaktkraft zwischen Reifen und Fahrbahn in der Spur. Das heißt, Du fährst ja mit dem Fahrrad auch bei Seitenwind noch weiterhin in die Richtung, in die Du fahren möchtest, und nicht schräg dazu. Natürlich musst Du verhindern, dass Du umkippst. Theoretisch würde es genügen, wenn Du dich etwas schräg gegen den Wind legst. Aber dafür ist ja nicht mehr "Arbeit" notwendig.
In wiefern aber Seitenwind die Aerodynamik in Fahrtrichtung beeinflusst, weiß ich nicht. Ich könnte mir schon vorstellen, dass dadurch auch in Fahrtrichtung ein größerer Kraftaufwand nötig wird.
Gruß |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 24. Aug 2016 13:27 Titel: |
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Hallo,
| hansguckindieluft hat Folgendes geschrieben: | | Das heißt, Du fährst ja mit dem Fahrrad auch bei Seitenwind noch weiterhin in die Richtung, in die Du fahren möchtest, und nicht schräg dazu. Natürlich musst Du verhindern, dass Du umkippst. |
Und das verhindert eine zusätzliche Komplikation: Man fährt nicht genau geradeaus, sondern in einer ständigen leichten "Schlängelbewegung".
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5862
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 24. Aug 2016 14:51 Titel: |
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Du fährst mit der Geschwindigkeit v. Der Rückenwind hat die Geschwindigkeit c.
Der Wind trifft mit der Geschwindigkeit
auf.
Dabei übt er die Kraft
 = A\cdot \varrho_L\cdot c\cdot (c-v) = A\cdot \varrho_L\cdot (c^{2}-v\cdot c) )
auf den Fahrer aus.
Entgegengesetzt wirkt der Luftwiderstand
Die Kraft, die Du gegen den Luftwiderstand mit Unterstützung durch den Rückenwind aufbringen musst
)
Jetzt kannst Du die verschiedenen Fälle
v = c; v>c; v<c; etc. diskutieren. |
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hansguckindieluft
Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212
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| hansguckindieluft Verfasst am: 24. Aug 2016 15:56 Titel: |
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| Mathefix hat Folgendes geschrieben: |
Dabei übt er die Kraft
auf den Fahrer aus. |
die Kraft, die durch den "Rückenwind" auf den Radfahrer ausgeübt wird, ist m. E. auch Staudruck * Fläche * cw- Wert. Letzterer kann sich natürlich von dem für den frontal angeströmten Radfahrer unterscheiden.
| Mathefix hat Folgendes geschrieben: |
Entgegengesetzt wirkt der Luftwiderstand
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da fehlt ein Faktor 1/2.
Der Luftwiderstand ist:
Gruß |
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hansguckindieluft
Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212
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| hansguckindieluft Verfasst am: 24. Aug 2016 17:06 Titel: |
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außerdem ist es m. E. falsch, den Luftwiderstand aufteilen zu wollen.
Es müssen einfach die Geschwindigkeiten vektoriell addiert werden (wie DLAWE51 bereits geschrieben hat). Dann ergibt sich eine resultierende Geschwindigkeit relativ zur Luft.
Betrachtet man nur Wind parallel zur Bewegungsrichtung bedeutet das, dass es entweder eine resultierende Luftgeschwindigkeit "von vorne" oder eben "von hinten" gibt.
Gruß
EDIT: Die Superposition wäre nur dann zulässig, wenn der Luftwiderstand linear von der Geschwindigkeit abhängen würde. Der Zusammenhang ist aber quadratisch. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5862
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 24. Aug 2016 19:36 Titel: |
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| hansguckindieluft hat Folgendes geschrieben: | | Mathefix hat Folgendes geschrieben: |
Dabei übt er die Kraft
auf den Fahrer aus. |
die Kraft, die durch den "Rückenwind" auf den Radfahrer ausgeübt wird, ist m. E. auch Staudruck * Fläche * cw- Wert. Letzterer kann sich natürlich von dem für den frontal angeströmten Radfahrer unterscheiden.
| Mathefix hat Folgendes geschrieben: |
Entgegengesetzt wirkt der Luftwiderstand
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da fehlt ein Faktor 1/2.
Der Luftwiderstand ist:
Gruß |
@ hansguckindieluft
Den Faktor 1/2 hatte ich übersehen.
Beim Staudruck oderr Dynamischer Druck spielt der Luftwiderstandsbeiwert c_W keine Rolle- s. Peltonturbine oder Windrad.
Insofern ist mein Ansatz korrekt.
Gruss
Jörg |
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hansguckindieluft
Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212
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| hansguckindieluft Verfasst am: 24. Aug 2016 19:58 Titel: |
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Hallo Jörg,
1. wie rechtfertigst Du die Superposition? Die ist hier nicht zulässig. Stell Dir dazu einfach vor, der Wind käme direkt von vorne. Dann kannst Du auch nicht den Luftwiderstand mit der Windgeschwindigkeit und mit der Fahrgeschwindigkeit getrennt berechnen und anschließend addieren, oder?
2. warum berechnest Du die Kraft, die der "Wind" auf den Fahrer ausübt mit einer anderen Formel, als den Luftwiderstand? In beiden Fällen kommt die Kraft doch dadurch zustande, dass Luft auf den Radfahrer trifft. Und bei dem handelt es sich um einen angeströmten Körper, bei dem auf jeden Fall eine korrektive Konstante wie der cw- Wert berücksichtigt werden muss. Oder bist Du der Meinung, dass sie Form des angeströmten Körpers hier keine Rolle spielt?
Gruß |
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DLAWE51
Anmeldungsdatum: 18.08.2016
Beiträge: 11
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| DLAWE51 Verfasst am: 24. Aug 2016 21:50 Titel: |
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Nur zur InformatIon - den Wind den der Fahrradfahrer spürt ist ein Scheinwindd der sich aus dem athmosphärischen wind und dem Fahrtwind ergibt.Aus diese Grunde haben Segler an der mastspitze den Verklicker und SegelflugZeuge einen rote Schnur an der pilotenkanzel angeklebt. Beide zeigen somit den resultierenden Wind (Bordwind) an. Bordwindanzeige ist wichtig um steuern zu können. |
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relham
Anmeldungsdatum: 27.10.2012
Beiträge: 23
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| relham Verfasst am: 04. Sep 2016 21:50 Titel: Re: Wind beim Radfahren |
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| borromeus hat Folgendes geschrieben: |
PS: irgendwie ist es auch erstaunlich, dass jeder Wind, wenn ich auf einer Strecke hin- und zurückfahre meinen km/h-Schnitt (bei konstanter Trittleistung) senkt. Würde ich hingegen mit konstanter Geschwindigkeit fahren brauche ich mehr Energie bei gleicher Strecke sobald Wind vorhanden ist.
Der Rückenwind nutzt weniger als der Gegenwind verursacht. Warum? |
Könnte es sein, dass Du längere Zeit im Gegenwind unterwegs bist als Du vom Rückenwind profitierst? |
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen
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| Brillant Verfasst am: 04. Sep 2016 22:13 Titel: |
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| borromeus hat Folgendes geschrieben: | | Bei 45° wirkt ja ein Teil der Windkraft "anschiebend" |
Nicht immer. Wenn du schneller fährst als die in Fahrtrichtung "schiebende" Komponente hast du Fahrtwind (Bordwind) von vorn.
Ich kann keinen Unterschied erkennen zwischen Windstille und Wind aus 90°. In beiden Fällen entspricht der Fahrtwind der Fahrgeschwindigkeit.
_________________
Glaubt nicht dem Hörensagen ... oder eingewurzelten Anschauungen, auch nicht den Worten eines verehrten Meisters; sondern was ihr selbst gründlich geprüft und als euch selbst und anderen zum Wohle dienend erkannt habt, das nehmt an. Siddhartha Gautama |
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borromeus
Anmeldungsdatum: 29.12.2014
Beiträge: 509
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| borromeus Verfasst am: 05. Sep 2016 12:34 Titel: |
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| Brillant hat Folgendes geschrieben: | Nicht immer. Wenn du schneller fährst als die in Fahrtrichtung "schiebende" Komponente hast du Fahrtwind (Bordwind) von vorn.
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Aber weniger als bei Windstille, darum "hilft" dieser Wind. Abgesehen davon reicht es m.E. wenn ich nur schneller als  des Windes fahre.
| Brillant hat Folgendes geschrieben: |
Ich kann keinen Unterschied erkennen zwischen Windstille und Wind aus 90°. In beiden Fällen entspricht der Fahrtwind der Fahrgeschwindigkeit.
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Das ja, aber man muss sich dieser Kraft von der Seite widersetzen. |
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hansguckindieluft
Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212
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borromeus
Anmeldungsdatum: 29.12.2014
Beiträge: 509
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| borromeus Verfasst am: 05. Sep 2016 15:16 Titel: |
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Danke, das schaut auf den ersten Blick sehr interessant aus! |
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