Was würde an einem windstillen Tag einen variablen Luftwiderstand verursachen?

13

Ich pendle regelmäßig zur Arbeit. Ich stelle fest, dass es an manchen Tagen, an denen kein Wind wahrnehmbar ist, fast keinen Luftwiderstand gibt und es so einfach ist, mit Geschwindigkeit zu fahren. Es ist auch relativ leise, ohne dass der Wind in meinen Ohren brüllt.

An anderen Tagen, an denen kein Wind wahrnehmbar ist, fühle ich mich wie in einer Suppe. Es ist wirklich schwer, etwas zu beschleunigen, und die Luft ist ziemlich laut in meinen Ohren.

Ich habe mit meinen Kollegen darüber gesprochen und sie sagen oft, dass sie an den gleichen Tagen die gleiche Wirkung haben, die ich beobachtet habe. Obwohl sie auch in die gleiche Richtung wie ich fahren, kann ich einen leichten Gegenwind nicht ausschließen, der den wahrgenommenen Unterschied verursacht.

Mögliche Erklärungen:

  • An diesen Tagen gibt es einen leichten Rücken- oder Gegenwind.
  • An Tagen, an denen ich ausgeruht oder voller Energie bin, habe ich das Gefühl, dass die Fahrt relativ mühelos ist.

Gibt es noch andere Erklärungen, die dazu beitragen würden? Hohe Luftfeuchtigkeit oder Hochdruckzonen?

Mac
quelle
2
Ich bekomme manchmal diesen "mühelosen" Effekt, bin aber zu dem Schluss gekommen, dass es ein Rückenwind ist. Ich nehme es nicht einmal als eine Brise wahr ... aber wenn ich zum Vergnügen fahre, sind meine Fahrten im Allgemeinen Schleifen, so dass ich es fühlen kann, sobald ich die Richtung ändere.
PeteH
Ja, das ist Rückenwind. Es ist praktisch still, weil Sie mit dem Wind Schritt halten und die Luft sich relativ zu Ihnen nicht viel bewegt.
Angelo

Antworten:

18

TLDR; Unter der Annahme, dass meine unten stehenden Berechnungen korrekt sind, steigt der Luftwiderstand zwischen heißen, feuchten und kühlen, trockenen Tagen um etwa 10%. Fügen Sie einen leichten, aber nicht wahrnehmbaren Rückenwind oder Gegenwind hinzu, und es ist vorstellbar, dass Sie zwischen zwei Tagen einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen 4 und 5 Meilen pro Stunde feststellen.

Der Luftwiderstand ist die Hauptkraft, die ein Radfahrer bei typischen Reisegeschwindigkeiten überwinden muss. Laut einem Online-Rechner wird bei einem typischen Rennrad, einer entspannten Sitzposition und einer Reisegeschwindigkeit von 29 km / h 75% der Leistung eines Fahrers zur Überwindung des Luftwiderstands verwendet.

Entsprechend Ihrem Profil wohnen Sie in Melbourne, AU, im Wesentlichen auf Meereshöhe. Mit einem anderen Online-Rechner beträgt die Luftdichte bei 50 ° C und 0% Luftfeuchtigkeit 1,24 kg / m³. Bei 90 ° C und 100% Luftfeuchtigkeit beträgt die Luftdichte 1,13 kg / m³. An einem kalten und trockenen Tag erhöht sich der Luftwiderstand im Vergleich zu einem heißen und feuchten Tag um etwa 10%.

Nach der Widerstandsgleichung

F_D = \ frac {1} {2} \ pho v ^ 2 C_d A

Die Widerstandskraft skaliert linear mit dem Luftdruck. Eine um 10% höhere Dichte entspricht einer um 10% höheren Kraft, die zur Überwindung des Luftwiderstands erforderlich ist. Die momentane Leistung wird durch die Gleichung bestimmt

P (t) = F \ cdot v

Unter der Annahme einer konstanten Ausgangsleistung und 75% dieser Leistung für die Überwindung des Luftwiderstands ergibt sich eine Verringerung der Gesamtgeschwindigkeit um etwa 7% (1 / 1.075). Wir begannen mit einer Reisegeschwindigkeit von 29 km / h, so dass Ihre Geschwindigkeit an einem kalten und trockenen Tag auf einfache Weise 93% von 29 km / h oder 16,75 km / h betragen würde. Ich würde sagen, das ist genug, um es zu bemerken.

Natürlich ist es unwahrscheinlich, dass diese beiden Tage eng zusammen liegen. Wenn Sie jedoch eine Mittagsfahrt kurz vor oder nach einem Sturm mit einer Fahrt am späten Abend an einem trockenen Tag ein paar Tage zuvor und / oder danach vergleichen, ist es denkbar, dass Sie irgendwo im Ballpark mit einer Differenz von 1,6 km / h landen.

Trotzdem kann schon ein geringer Gegenwind und Rückenwind die Geschwindigkeit erheblich verbessern. Auf Sheldons Website sind Diagramme zu Windkanaltests zu sehen. Im Speziellen,

Windkanal-Tests

zeigt, dass ein Fahrer, der mit einer "normalisierten" Geschwindigkeit von 40 km / h (vorausgesetzt, kein Wind) fährt, wenn sich der Windwinkel von einem Gegenwind zu einem Rückenwind für 8 km / h (8 km / h) ändert, von etwa 40 km / h zu 40 km / h wechseln würde. Der Unterschied in der Fahrergeschwindigkeit, wenn sich die Windgeschwindigkeit ändert, scheint linear zu sein. Wenn Sie also rückwärts extrapolieren, würde selbst etwas wie Gegenwind und Rückenwind einen Unterschied von 3 Meilen pro Stunde verursachen. Das fällt auf jeden Fall auf. Da diese Tests in einem Windkanal nicht mit Rollwiderstand durchgeführt wurden, entsprechen sie wahrscheinlich unserer früheren Annahme von 30 km / h auf Straßen im Freien.

Wenn Sie die Effekte kombinieren und eine Fahrt am späten Abend an einem trockenen Tag mit leichtem Gegenwind mit einer Fahrt am frühen Nachmittag an einem feuchten Tag mit leichtem Rückenwind vergleichen, ist es denkbar, dass zwischen den beiden Tagen ein Unterschied von 4 bis 5 Meilen pro Stunde besteht. Das ist riesig.

Stephen Touset
quelle
Super Antwort, danke. Ich denke, ein Unterschied von 10% zu der Menge an Kraft, die ich ausüben muss, um eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, würde ausreichen, um es zu bemerken. Großartige Daten.
Mac,
Es ist ein Trottel in Ihrem Kommentar, aber es ist näher an 7,5% Leistungsunterschied bei konstanter Geschwindigkeit, 7% Geschwindigkeitsdifferenz bei konstanter Leistung. Vergessen Sie auch nicht zu akzeptieren, wenn Sie denken, dass dies die beste Antwort ist. :)
Stephen Touset
Ja, ich akzeptiere es immer ... ich gebe nur ein paar Tage Zeit, um Feedback zu sammeln :)
Mac
5

An Tagen mit hoher Luftfeuchtigkeit hat die Luft aufgrund des höheren H2O-Gewichts weniger Masse als die typischen Gewichte für O2, CO2 und N2. An Hochdrucktagen gibt es mehr Masse, die Sie beiseite schieben können. Auch die Lufttemperatur spielt eine Rolle - heiße Luft ist weniger dicht als kalte Luft. Daher muss an einem heißen Tag mit niedrigem Druck und hoher Luftfeuchtigkeit weniger Masse zur Seite geschoben werden.

Dies ist ein messbarer Unterschied zu Flugzeugen. Ich habe jedoch keine Ahnung, ob ein Radfahrer schnell genug fährt, um messbar zu sein. Ich glaube, es ist wahrscheinlicher nicht wahrnehmbarer Wind und Ihr eigenes Wohlbefinden (oder Mangel an)

mattnz
quelle
2
Ich würde sagen, dass es einen Unterschied beim Radfahren macht. Im olympischen Velodrom heizten sie es auf, damit die Luft dünner würde und die Radfahrer schneller würden.
Robthewolf
Und die Weltrekordversuche werden in großer Höhe und wahrscheinlich auch in warmer Luft unternommen, um so wenig Luftwiderstand wie möglich zu haben. Es ist möglich, dass die Unterschiede klein und für den Sport wichtig sind (bei einem Weltrekordversuch kann ein Zuwachs von nur wenigen Metern über eine Stunde den Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg ausmachen), während sie für den Pendelverkehr vernachlässigbar sind .
Roel Schroeven
2

Obwohl uns die Physiker sagen, dass wir voll davon sind, "spüren" viele Radfahrer zumindest, dass der Windwiderstand an relativ feuchten, aber kühlen Morgen größer ist.

(Und natürlich, wenn Sie und Ihre Kollegen am Abend zuvor zusammen getrunken haben, könnte das etwas damit zu tun haben.)

Daniel R Hicks
quelle
Ich habe mich an den zweiten Absatz gewöhnt
Mac
1

In diesem Artikel zum Rollwiderstand wird nebenbei erwähnt:

(Wir haben später festgestellt, dass die Temperatur den Rollwiderstand von Reifen stark beeinflusst.)

Wenn die Änderung häufig zur gleichen Zeit und auf die gleiche Weise wie oben beschrieben erfolgt, kann dies zu einer sehr auffälligen Änderung führen.

Zweitens würde ich annehmen, dass eine nasse Straße zusätzlichen Rollwiderstand verursachen würde, da sich der Reifen zur Seite bewegen muss oder ein wenig Wasser aufnimmt, wenn er rollt. An nassen oder sogar feuchten Tagen kann ich sicherlich zusätzliche Straßengeräusche feststellen, daher muss diese Energie von irgendwoher kommen.

James Bradbury
quelle
Ich finde oft, dass Tage, die etwas nass sind, ich tatsächlich schneller zu gehen scheinen. Nicht so nass, dass ich durch Pfützen fahre, aber gerade so nass, dass alle Gruben mit Wasser gefüllt sind. Ich vermute, dass das Wasser die sehr kleinen Löcher in der Straße füllt, wodurch sich auch ältere Straßen wie neuer Asphalt anfühlen.
Kibbee
@Kibbee Wenn das Wasser auf der Straße mit Ihren Reifen interagiert, verlieren Sie definitiv mehr Energie, wenn Sie im Wasser planschen, als Sie durch Verringern der Straßenunebenheit sparen könnten. Wasser verhält sich bei den relevanten Geschwindigkeiten und Kräften (im physikalischen Sinne) völlig unelastisch, während sich Ihr Reifen (wieder im physikalischen Sinne) recht elastisch verhält. So erhält Ihr Reifen die Energie, die das Wasser abführt.
cmaster