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biomechanik:projekte:ss2012:rad

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biomechanik:projekte:ss2012:rad [31.10.2014 14:14] – [WP1205 Radfahren] Dario Tokurbiomechanik:projekte:ss2012:rad [28.11.2022 00:58] (aktuell) – Externe Bearbeitung 127.0.0.1
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 ===== Einleitung ===== ===== Einleitung =====
  
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-{{youtube>large:IPyL5kV_MkY&feature=related}}+{{youtube>IPyL5kV_MkY?large}}
  
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- +([[biomechanik/dynamik/dyn01#traegheitsgesetz|Trägheitsprinzip]])
-Trägheitsprinzip([[biomechanik:projekte:radfahren:formelsammlung|]])+
  
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-Der Radfahrer merkt die Trägheitskräfte beim Anfahren, beim Beschleunigen, beim Abbremsen und in Kurven. Die Trägheitskraft hängt von der Masse m sowie der Beschleunigung ab. Dabei verhalten sich die Masse und die Beschleunigung proportional zur Kraft. Daraus erfolgt das „Grundgesetz der Dynamik“ ([[biomechanik:dynamik:kraftstoss_impuls|]])+Der Radfahrer merkt die Trägheitskräfte beim Anfahren, beim Beschleunigen, beim Abbremsen und in Kurven. Die [[biomechanik/dynamik/dyn01#traegheitsgesetz|Trägheitskraft]] hängt von der Masse m sowie der Beschleunigung ab. Dabei verhalten sich die Masse und die Beschleunigung proportional zur Kraft. Daraus erfolgt das „Grundgesetz der Dynamik“ ([[biomechanik/dynamik/dyn02#kraftstoss|]])
  
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-Die resultierende Einheit heißt Newton. Hierbei handelt es sich um die translatorische Trägheitskraft. Neben ihr gibt es auch noch den rotatorischen Beschleunigungswiderstand. Hier werden das Massenträgheitsmoment und die Winkelbeschleunigung benötigt, um das Drehmoment zu erhalten. Wie beim translatorischen Beschleunigungswiderstand sind auch hier Massenträgheitsmoment und Winkelbeschleunigung proportional zum Drehmoment([[biomechanik:dynamik:drehmoment_drehimpuls|]]).+Die resultierende Einheit heißt Newton. Hierbei handelt es sich um die translatorische Trägheitskraft. Neben ihr gibt es auch noch den rotatorischen Beschleunigungswiderstand. Hier werden das Massenträgheitsmoment und die Winkelbeschleunigung benötigt, um das Drehmoment zu erhalten. Wie beim translatorischen Beschleunigungswiderstand sind auch hier Massenträgheitsmoment und Winkelbeschleunigung proportional zum Drehmoment([[biomechanik/dynamik/dyn04|]]).
  
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  --- //Abb.2 Steigerungswiderstand//  --- //Abb.2 Steigerungswiderstand//
  
-Der hier zu überwindende Widerstand ist der Steigungswiderstand oder die Hangabtriebskraft ([[biomechanik:projekte:radfahren:formelsammlung|]]) F<sub>H</sub>. Die Hangabtriebskraft wirkt bei einer Steigung parallel zur Fahrbahn und versucht das System rückwärts rollen zu lassen. Sie ist ein Teil der Gewichtskraft F<sub>G</sub> und ist abhängig vom Steigungswinkel α und der Masse des Gesamtsystems m.+Der hier zu überwindende Widerstand ist der Steigungswiderstand oder die ([[rad_formeln#hangabtriebskraft|Hangabtriebskraft]]) F<sub>H</sub>. Die Hangabtriebskraft wirkt bei einer Steigung parallel zur Fahrbahn und versucht das System rückwärts rollen zu lassen. Sie ist ein Teil der Gewichtskraft F<sub>G</sub> und ist abhängig vom Steigungswinkel α und der Masse des Gesamtsystems m.
  
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-Je größer die Masse des Systems ist, desto mehr Hubarbeit([[biomechanik:projekte:radfahren:formelsammlung|]]) muss verrichtet werden. Jedoch lohnt es sich kaum das Gewicht des Fahrrads zu verringern, wenn der Fahrer selbst übergewichtig ist. Um beim Bergfahren Kraft zu sparen, kann man „Schlangenlinien“ fahren. Sie verringern den Steigungswinkel und somit auch den Steigungswiderstand. Durch Schalten auf eine kleinere Übersetzung kann auch Kraft gespart werden.+Je größer die Masse des Systems ist, desto mehr ([[biomechanik/projekte/ss2012/rad_formeln#hubarbeit|Hubarbeit]]) muss verrichtet werden. Jedoch lohnt es sich kaum das Gewicht des Fahrrads zu verringern, wenn der Fahrer selbst übergewichtig ist. Um beim Bergfahren Kraft zu sparen, kann man „Schlangenlinien“ fahren. Sie verringern den Steigungswinkel und somit auch den Steigungswiderstand. Durch Schalten auf eine kleinere Übersetzung kann auch Kraft gespart werden.
  
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-Der Luftwiderstand ([[biomechanik:projekte:radfahren:formelsammlung|]]) F<sub>List</sub> ist von allen Widerstandskräften die unangenehmste für den Radfahrer. Selbst bei völliger Windstille gehen etwa 80% der Antriebsleistung beim Fahren auf ebener Straße durch den Luftwiderstand verloren. Wenn die Windkraft von der Front oder der Seite kommt, werden die Kräfte addiert. Nur wenn sie von hinten kommt und größer als die Antriebskraft des Fahrers ist, spürt man keinen Luftwiderstand. Deshalb versucht man den Luftwiderstand möglichst gering zu halten. Dies erreicht man durch die Sitzposition. Je weniger Stirnfläche der Windkraft ausgesetzt wird, desto kleiner wird der Luftwiderstand. Auch durch aerodynamische Verkleidungen wird der Luftwiderstand verringert. Eine weitere Möglichkeit um den Luftwiderstand möglichst gering zu halten, ist das Fahren im Windschatten eines anderen Fahrers.+Der ([[biomechanik/projekte/ss2012/rad_formeln#luftwiderstand|Luftwiderstand]]) F<sub>List</sub> ist von allen Widerstandskräften die unangenehmste für den Radfahrer. Selbst bei völliger Windstille gehen etwa 80% der Antriebsleistung beim Fahren auf ebener Straße durch den Luftwiderstand verloren. Wenn die Windkraft von der Front oder der Seite kommt, werden die Kräfte addiert. Nur wenn sie von hinten kommt und größer als die Antriebskraft des Fahrers ist, spürt man keinen Luftwiderstand. Deshalb versucht man den Luftwiderstand möglichst gering zu halten. Dies erreicht man durch die Sitzposition. Je weniger Stirnfläche der Windkraft ausgesetzt wird, desto kleiner wird der Luftwiderstand. Auch durch aerodynamische Verkleidungen wird der Luftwiderstand verringert. Eine weitere Möglichkeit um den Luftwiderstand möglichst gering zu halten, ist das Fahren im Windschatten eines anderen Fahrers.
 Der Luftwiderstand ergibt sich aus dem Strömungswiderstand und den deutlich kleineren Reibungs- und induzierten Widerständen. Da der Strömungswiderstand den Hauptteil der wirkenden Widerstände darstellt, wird auf diesen im Folgenden besonders eingegangen. Der Strömungswiderstand entsteht durch kleine Luftmoleküle, die auf  Oberflächen, beispielsweise des Fahrers, treffen und wieder abprallen. Durch das Abprallen entsteht eine Kraft, die senkrecht zur Oberfläche wirkt. Hinter dem Radfahrer bilden sich Wirbelfelder. Dabei wird ein Teil der Bewegungsenergie verbraucht und der Druck sinkt. Der Druck in p<sub>2</sub> ist kleiner als in p<sub>1</sub> und so für den Strömungswiderstand verantwortlich. Der Strömungswiderstand ist außerdem abhängig von der Luftdichte p, der Stirnfläche A , der quadratischen Anströmgeschwindigkeit v^2 und dem Strömungswiderstandskoeffizienten, dem c<sub>W</sub>-Wert des Fahrrads. Der Strömungswiderstand ist gleich der kinetischen Energie der Luftmasse. Der Luftwiderstand ergibt sich aus dem Strömungswiderstand und den deutlich kleineren Reibungs- und induzierten Widerständen. Da der Strömungswiderstand den Hauptteil der wirkenden Widerstände darstellt, wird auf diesen im Folgenden besonders eingegangen. Der Strömungswiderstand entsteht durch kleine Luftmoleküle, die auf  Oberflächen, beispielsweise des Fahrers, treffen und wieder abprallen. Durch das Abprallen entsteht eine Kraft, die senkrecht zur Oberfläche wirkt. Hinter dem Radfahrer bilden sich Wirbelfelder. Dabei wird ein Teil der Bewegungsenergie verbraucht und der Druck sinkt. Der Druck in p<sub>2</sub> ist kleiner als in p<sub>1</sub> und so für den Strömungswiderstand verantwortlich. Der Strömungswiderstand ist außerdem abhängig von der Luftdichte p, der Stirnfläche A , der quadratischen Anströmgeschwindigkeit v^2 und dem Strömungswiderstandskoeffizienten, dem c<sub>W</sub>-Wert des Fahrrads. Der Strömungswiderstand ist gleich der kinetischen Energie der Luftmasse.
  
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-Der Rollwiderstand ([[biomechanik:projekte:radfahren:formelsammlung|]]) ergibt sich aus dem Walk- und dem Abrollwiderstand. Beim Rollwiderstand gilt das physikalische Grundgesetz actio – reactio. Die Gewichtskraft wird über die Räder auf die Fahrbahn übertragen. Diese Kraft wird durch den Druck in den Reifen ausgeglichen. Beim Rollwiderstand bedeuten 10% geringere Rollreibung einen um 10% längeren Bremsweg. Deshalb ist es wichtig den optimalen Druck zu finden. +Der ([[biomechanik/projekte/ss2012/rad_formeln#abrollwiderstand|Rollwiderstand]]) ergibt sich aus dem Walk- und dem Abrollwiderstand. Beim Rollwiderstand gilt das physikalische Grundgesetz actio – reactio. Die Gewichtskraft wird über die Räder auf die Fahrbahn übertragen. Diese Kraft wird durch den Druck in den Reifen ausgeglichen. Beim Rollwiderstand bedeuten 10% geringere Rollreibung einen um 10% längeren Bremsweg. Deshalb ist es wichtig den optimalen Druck zu finden. 
 Der Walkwiderstand entsteht durch die Verformung der Reifen. Durch die Verformung wird Wärme erzeugt und es entsteht ein bremsendes Drehmoment. Je größer der Reifendruck, desto kleiner ist die Verformung und desto geringer ist der Walkwiderstand. Dabei spielt es keine Rolle ob der Reifen breit oder schmal ist. Der Walkwiderstand entsteht durch die Verformung der Reifen. Durch die Verformung wird Wärme erzeugt und es entsteht ein bremsendes Drehmoment. Je größer der Reifendruck, desto kleiner ist die Verformung und desto geringer ist der Walkwiderstand. Dabei spielt es keine Rolle ob der Reifen breit oder schmal ist.
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 ==== Drehmoment ==== ==== Drehmoment ====
  
-Trifft die Gleichheit des Drehmoments ([[biomechanik:dynamik:drehmoment_drehimpuls|]]) zu, so hat dies physikalisch gesehen zwei Vorteile. Während der gleichmäßigen Kräfteverteilung auf das Pedal muss keine Beschleunigungsarbeit geleistet werden und das System besitzt einen gleichmäßigen Antrieb. Beide Punkte unterstützen das effiziente und ökonomische Fahren. +Trifft die Gleichheit des ([[biomechanik/dynamik/dyn04#drehmoment|Drehmoments]]) zu, so hat dies physikalisch gesehen zwei Vorteile. Während der gleichmäßigen Kräfteverteilung auf das Pedal muss keine Beschleunigungsarbeit geleistet werden und das System besitzt einen gleichmäßigen Antrieb. Beide Punkte unterstützen das effiziente und ökonomische Fahren. 
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 Beide Videos zeigen den Tritt eines Triathleten. Versuche mit Hilfe der Definition des runden Tritts und der biomechanischen Erläuterungen die Technik zu bewerten. Beide Videos zeigen den Tritt eines Triathleten. Versuche mit Hilfe der Definition des runden Tritts und der biomechanischen Erläuterungen die Technik zu bewerten.
  
-{{youtube>large:Blf2YGYAQ-8}}{{youtube>large:2ydKKbvIKSM&feature=relmfu}}+{{youtube>Blf2YGYAQ-8?large}}{{youtube>2ydKKbvIKSM?large}}
  
-Sicherlich erwies sich eine genaue Zuordnung anhand der Kriterien des runden Tritts  als äußerst komplex. Die Problematik der Quantifizierung des runden Tritts führte zu einer Unterrepräsentation in der Trainingslehre, da eine rein visuelle Analyse nur selten mit der gemessenen mechanischen Effizienz ([[biomechanik:projekte:radfahren:formelsammlung|]])übereinstimmt. Dies belegt eine Studie von Suhr (1992).<html></br></html>+Sicherlich erwies sich eine genaue Zuordnung anhand der Kriterien des runden Tritts  als äußerst komplex. Die Problematik der Quantifizierung des runden Tritts führte zu einer Unterrepräsentation in der Trainingslehre, da eine rein visuelle Analyse nur selten mit der gemessenen  ([[biomechanik/projekte/ss2012/rad_formeln#der_biomechanische_wirkungsgrad|mechanischen Effizienz]])übereinstimmt. Dies belegt eine Studie von Suhr (1992).<html></br></html>
  
  
biomechanik/projekte/ss2012/rad.1414761281.txt.gz · Zuletzt geändert: 28.11.2022 00:46 (Externe Bearbeitung)

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