Leistg. zur Luftwiderstandsüberwindg. b. Gegenwind

Otsegolectric · 12. November 2019 um 16:59

Mahlzeit,

wie kommt man auf den korrekten Wert der aufzubringenden Antriebsleistung eines Fahrzeigs bei Gegen- oder auch Rückenwind? Wenn man in der Gleichung einfach von der eigenen Geschwindigkeit die Windgeschwindigkeit abzieht (positiv in Fahrtrichtung, negativ entgegen), kommt man ja auf keine sinnvollen Werte und das würde schwachsinnigerweise bedeuten, dass bei Wind schon Leistung nötig wäre, um überhaupt stehen zu bleiben. Aus der Praxis weiß man aber, dass das Nonsense ist. Auch wäre es dann ja fast unmöglich sich noch mit Muskelkraft gegen starken Wind fortzubewegen. Die Erfahrung zeigt aber, dass ich auch mit 40 km/h Gegenwind noch etwa 12 km/h mit dem Fahrrad schaffe. 52 km/h bei Windstille ohne Gefälle wären hingegen undenkbar.

Kann mir da jemand weiterhelfen?

MfG,
Marius

merimies · 12. November 2019 um 17:00

Mahlzeit

Hallo Marius, wünsche wohl gespeist zu haben!

Wenn man in der Gleichung einfach von der eigenen Geschwindigkeit die Windgeschwindigkeit abzieht (positiv in Fahrtrichtung, negativ entgegen), kommt man ja auf keine sinnvollen Werte und das würde schwachsinnigerweise bedeuten, dass bei Wind schon Leistung nötig wäre, um überhaupt stehen zu bleiben. Aus der Praxis weiß man aber, dass das Nonsense ist.

Wirklich? Dann stell mal bei Wind einen leeren Pappkarton auf eine freie Fläche und schau mal. was passiert.

Oder binde ein Boot an einem Pfahl fest, füge in die Halteleine eine Federwaage ein und beobachte mal, mit welcher Kraft der Wind das Boot zu beschleunigen sucht.

Angeblich soll mit diesem Effekt auch schon seit Jahrtausenden die Segelschifffahrt arbeiten.

Gruß merimies (finnisch für Seemann)

Otsegolectric · 12. November 2019 um 17:00

Wenn man in der Gleichung einfach von der eigenen Geschwindigkeit die Windgeschwindigkeit abzieht (positiv in Fahrtrichtung, negativ entgegen), kommt man ja auf keine sinnvollen Werte und das würde schwachsinnigerweise bedeuten, dass bei Wind schon Leistung nötig wäre, um überhaupt stehen zu bleiben. Aus der Praxis weiß man aber, dass das Nonsense ist.

Wirklich? Dann stell mal bei Wind einen leeren Pappkarton auf
eine freie Fläche und schau mal. was passiert.

Na was wandle ich denn an Energie um, wenn meine Schuhsohlen mit ihrer Haftreibungskraft dafür sorgen, dass ich mich trotz Wind nicht vom Fleck bewege? W = F * s und s = 0, also W = 0! Das bezieht sich auf mechanische Energie, sicherlich wird durch die Luftreibung an meinem stehenden Körper etwas thermische Energie frei.

Angeblich soll mit diesem Effekt auch schon seit Jahrtausenden
die Segelschifffahrt arbeiten.

Eigentlich nicht durchweg, denn hier kommt viel öfter das Auftriebsprinzip zum Einsatz, sonst könnten Segelboote immer nur mit der Windrichtung segeln.

Leider hast du meine Frage nicht effektiv beantwortet, denn es steht nach wie vor zu klären aus, wieso ich bei 40 km/h Gegenwind noch mit dem Fahrrad von der Stelle komme und das durchaus eine ganze Weile, während ich bei Windstille nach einer Minute mit 40 km/h vollkommen fertig bin…

MfG,
Marius

Uwi · 12. November 2019 um 17:00

Hallo,

wie kommt man auf den korrekten Wert der aufzubringenden
Antriebsleistung eines Fahrzeigs bei Gegen- oder auch
Rückenwind?

Da dies von diversen Faktoren abhängig ist, kann man
es sehr kompliziert berechnen oder einfach messen.

Wenn man in der Gleichung einfach von der eigenen
Geschwindigkeit die Windgeschwindigkeit abzieht (positiv in
Fahrtrichtung, negativ entgegen), kommt man ja auf keine
sinnvollen Werte und das würde schwachsinnigerweise bedeuten,
dass bei Wind schon Leistung nötig wäre, um überhaupt stehen
zu bleiben.

Leitung ist Arbeit pro Zeiteinheit, Arbeit ist aber Kraft mal Weg.
Um stehen zu bleiben, muß man keinen Weg zurück legen,
sondern nur eine Gegenkraft aufbringen.

Aus der Praxis weiß man aber, dass das Nonsense ist.
Auch wäre es dann ja fast unmöglich sich noch mit
Muskelkraft gegen starken Wind fortzubewegen. Die Erfahrung
zeigt aber, dass ich auch mit 40 km/h Gegenwind noch etwa 12
km/h mit dem Fahrrad schaffe. 52 km/h bei Windstille ohne
Gefälle wären hingegen undenkbar.

Das sind Denkfehler drin.

Zunächst die Tatsache, das der Luftwiderstand etwa
quadratisch zur Geschw. zunimmt.
Deshalb kommt man nach oben schnell gegen eine Grenze.
Von 40Km/h zu 52km/h nimmt die Kraftwirkung also um
ca. 70% zu und wegen der Faktor 1,3 höheren
Geschwindigkeit muß die Leistung also auch noch schneller
treten und die Leistung auf das ca. 2,2-fache steigen.
Da du bei 40km/h schon hart an der Leistungsgrenze strampelst,
kannst es glatt vergessen, nochmal mehr als das doppelte
zu leisten.

Trotzdem ist es so, dass die Kraftwirkung des Windes bei
bei 40km/h + 12km/h Fahrgeschwindigkeit die gleiche ist
wie bei 52km/h Windgeschw. und Ruhestellung.

Der Unterschied ist aber die Bewegungsgeschw., die du
normal mit einem niedrigen Gang und entsprechend geringeren
Drehmoment aufbringst. Die Arbeit die du da also bei
gleicher Gegenkraft aber geringer Bewegungsgeschw.
aufbringst ist also viel kleiner und somit auch die Leistung.

Wenn die Gegenkraft größer wird, mußt du bei begrenzter
Leistung eben langsamer werden.
Steil Berg an fährst du ja auch nicht mit max. Geschw.
und der höchsten Übersetzung, oder?
Gruß Uwi

VIKTOR_029fb4 · 12. November 2019 um 17:00

Hallo Marius,

steht nach wie vor zu klären aus, wieso ich bei 40 km/h
Gegenwind noch mit dem Fahrrad von der Stelle komme und das
durchaus eine ganze Weile, während ich bei Windstille nach
einer Minute mit 40 km/h vollkommen fertig bin…

Arbeit ! Kraft mal Weg.
Außerdem „arbeitest“ Du nicht nur „gegen den Weg“ sondern auch noch
gegen Deine eigene Bewegung und die des Fahrradmechanismus.
Gruß VIKTOR

Martin · 12. November 2019 um 17:03

Glück auf,

wie kommt man auf den korrekten Wert der aufzubringenden
Antriebsleistung eines Fahrzeigs bei Gegen- oder auch Rückenwind?

ich würde P = F v (mit v als Fahrzeuggeschwindigkeit relativ zum Boden) und F_{Luftwiderstand} = c_w A 1/2 ρ u² (mit u als Relativgeschwindigkeit des betrachteten Strömungskörpers zum Medium) und u = v – w (mit w als Windgeschwindigkeit relativ zum Boden) hinschreiben und das zu

P = \left(c_w A \frac{1}{2} \rho (v - w)^2\right) v

zusammenschrauben. Deutlich näher an der Wirklichkeit wäre jedoch

P = \left(mg \mu_{\rm Roll} + \sum F_R + c_w A \frac{1}{2} \rho (v - w)^2\right) v

wobei ΣF_R für die Summe aller weiteren relevanten Reibungskräfte steht. Findest Du daran irgendwas falsch?

Auch wäre es dann ja fast unmöglich sich noch mit
Muskelkraft gegen starken Wind fortzubewegen.

Nein, der Wind kann so stark sein wie er will, durch genügend große Reduzierung von v kannst Du Dich mit jeder endlichen Leistung P noch fortbewegen, wenn auch halt sehr langsam. Das außerhalb der Klammer stehende v sorgt dafür.

Gruß
Martin