Frage:
Velodrom atmosphärische Bedingungen
GordonM
2012-09-01 14:07:34 UTC
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Während der Olympischen Spiele machten die Kommentatoren eine große Sache über die Notwendigkeit, sehr spezifische atmosphärische Bedingungen im Velodrom aufrechtzuerhalten, einschließlich Luftschleusen zum Betreten und Verlassen des Gebäudes.

Sie gaben an, dass die Atmosphäre sehr warm und feucht ist.

Warum werden diese genauen Bedingungen für Velodrom-Ereignisse benötigt?

Mein Verdacht ist, dass die hohe Temperatur die Luftdichte und damit den Windwiderstand senkt, aber das ist nur eine Vermutung. Ich habe keine Ahnung, wie die Luftfeuchtigkeit helfen würde, das würde sicherlich die Luftdichte wieder erhöhen!

Besteht bei so hohen Temperaturen auch die Gefahr einer Überhitzung der Athleten?

Wäre schön zu wissen, was _sehr warm_ und _feucht_ in Zahlen bedeutet. Meine erste Vermutung wäre, dass es um die 25 ° C ist und die Luftfeuchtigkeit die Abkühlung unterstützt, da Schweiß leichter verdunsten kann. Ein anderer Gedanke ist, dass es verhindert, dass das Material, aus dem die Spur besteht, aufgrund von Änderungen der Temperatur und Luftfeuchtigkeit "funktioniert". Wenn diese Behauptung überhaupt wahr ist ...
@WalterMaier-Murdnelch Es war jetzt ein paar Wochen, also kann ich mich nicht an genaue Zahlen erinnern, aber ich denke, es war näher an 30 als das (vielleicht sogar vorbei). Die Zahl oder 60% Luftfeuchtigkeit scheint mir jedoch im Gedächtnis zu bleiben. Würde trockene Luft den Schweiß nicht leichter verdunsten lassen? (Anscheinend ist es 28 C)
@WalterMaier-Murdnelch - Hohe Luftfeuchtigkeit lässt den Schweiß nicht leichter verdunsten - im Gegenteil, es sammelt Schweiß auf der Haut (und tropft ab) und behindert die Abkühlung. Die Luftfeuchtigkeit würde jedoch wahrscheinlich die Reifentraktion verbessern.
Die Theoretiker sagen uns, dass Feuchtigkeitsunterschiede innerhalb normaler Bereiche die Luftviskosität nicht ausreichend beeinflussen, um signifikant zu sein. Radfahrer, die unter verschiedenen Bedingungen Fahrrad fahren, werden Ihnen jedoch sagen, dass eine hohe Luftfeuchtigkeit die Luft viskoser zu machen scheint.
Natürlich habe ich Feuchtigkeit und Trockenheit verwechselt.
Nur neugierig: Wer sind in diesem Fall "die Kommentatoren"? Fernsehleute oder solche am Veranstaltungsort usw. Zumindest an langen Tagen reden Fernsehkommentatoren viel. ;-);
Warum den Luftwiderstand minimieren? Da die Velodromzeiten streckenspezifisch sind, können Sie die Gesundheit der Rennfahrer optimieren oder die Langlebigkeit des Holzes oder eine Reihe anderer Faktoren verfolgen. Solange die atmosphärischen Bedingungen von Rennen zu Rennen konstant waren, verstehe ich nicht, warum es für den niedrigsten Luftwiderstand optimiert werden muss.
Zwei antworten:
R. Chung
2012-09-01 18:21:25 UTC
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Die Gleichung für die gesamte aerodynamische Widerstandskraft eines Fahrrads ist gut bekannt, und Sie haben Recht, die Luftdichte spielt dabei eine Rolle: Je höher die Dichte, desto größer der Luftwiderstand. Wie Sie vermutet haben, nimmt die Dichte mit zunehmender Temperatur ab, sodass warme Luft weniger dicht ist als kalte Luft. Es ist wahrscheinlich auch keine Überraschung, dass die Dichte mit dem Druck abnimmt. Offensichtlich entgegen der Intuition ist feuchte Luft jedoch weniger dicht als trockene Luft. Die einfachste Erklärung ist, dass Wassermoleküle zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom enthalten, so dass sie eine Molmasse von 18 g / mol haben, während trockene Luft eine Molmasse von etwa 29 g / mol hat. Weitere Informationen finden Sie auf der Wikipedia-Seite zu Luftdichte.

dbr
2012-10-16 17:18:07 UTC
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Die Luftdichte allein hat einen erheblichen Einfluss auf die Geschwindigkeit, wenn alles andere gleich ist (und wenn meine Berechnungen korrekt sind!).

Basierend auf der Gleichung und ab dieser Seite zur Fahrradaerodynamik und die Luftdichtewerte von Wolfram Alpha, die ich mir ausgedacht habe: 

  Bei 300 Watt und 0 ° C werden 39,34 km zurückgelegt / h 300 Watt bei 10 ° C werden bei 40,06 km / h 300 Watt bei 20 ° C und 40,77 km / h 300 Watt bei 30 ° C und 41,46 km / h bei 300 Watt fahren Bei 40 ° C wird eine Geschwindigkeit von 42,14 km / h erreicht.

Dies basiert auf den Werten für den Luftwiderstandsbeiwert / die Frontalfläche "in den Tropfen" auf einem konstanten Niveau über dem Meer (glaube ich) auf Meereshöhe nicht sicher)

Anders ausgedrückt: 

  Um mit 13,8 m / s bei 0 ° C zu fahren, sind 478,45 Watt erforderlich, um mit 13,8 m / s zu fahren 10 * C erfordert 461,43 Watt. Um mit 13,8 m / s in 20 * C zu fahren, sind 445,52 Watt erforderlich. Um mit 13,8 m / s in 30 * C zu fahren, sind 430,72 Watt erforderlich. Um mit 13,8 m / s in 40 * C zu fahren, sind 417,03 Watt erforderlich.

(13,8 m / s ist abo ut 50 km / h, beliebige Zahl)

Um "meine Arbeit zu zeigen", habe ich das Python-Skript verwendet, um Folgendes zu berechnen: 

  #! / usr / bin / env python2 "" Einfluss auf die Luftdichte auf die FahrradgeschwindigkeitWritten in Python 2.7 "" def Cd (desc): "" Widerstandskoeffizient Der Widerstandskoeffizient ist eine dimensionslose Zahl, die die Widerstandskraft eines Objekts mit seiner Fläche und Geschwindigkeit in Beziehung setzt. " "" values ​​= {"tops": 1.15, # Quelle: "Bicycling Science" (Wilson, 2004) "Hoods": 1.0, # Quelle: "Bicycling Science" (Wilson, 2004) "drop": 0.88, # Quelle: "Die Wirkung von Seitenwind auf Zeitfahren" (Kyle, 1991) "Aerobars": 0,70, # Quelle: "Die Wirkung von Seitenwind auf Zeitfahren" (Kyle, 1991)} Rückgabewerte [desc] def A (desc): " "" Die Frontalfläche wird typischerweise in Quadratmetern gemessen. Ein typischer Radfahrer weist je nach Position eine Frontfläche von 0,3 bis 0,6 Quadratmetern auf. Die Frontalbereiche eines durchschnittlichen Radfahrers, der in verschiedenen Positionen fährt, sind wie folgt
http://www.cyclingpowermodels.com/CyclingAerodynamics.aspx "" Werte = {'Oberteile': 0,632, 'Hauben': 0,40, 'Tropfen': 0,32} Rückgabewerte [ab] def Luftdichte (Temp): "" "Luftdichte in kg / m3 Werte liegen auf Meereshöhe (glaube ich ...?) Werte aus Temperaturänderungen unter: http://www.wolframalpha.com/input/?i=%28air+density+at+40% C2% B0C% 29 Könnte dies berechnen: http://en.wikipedia.org/wiki/Density_of_air "" "values ​​= {0: 1.293, 10: 1.247, 20: 1.204, 30: 1.164, 40: 1.127,} return Werte [temp] F = CdA p [v ^ 2/2] wobei: F = Luftwiderstandskraft in Newton.p = Luftdichte in kg / m3 (typischerweise 1,225 kg in der "Standardatmosphäre" auf Meereshöhe) v = Geschwindigkeit (Meter / Sekunde). Nehmen wir an, 10.28 ist 23mph "" defdef_wattage (): "" Welche Leistung muss der mathematisch-theoretische Radfahrer ausgeben, um mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu fahren? "" "Position =" fällt "für die Temperatur in (0, 10, 20, 30, 40): v = 13,8 # m / s F = Cd (Position) * A (Position) * Luftdichte (Temp) * ((v ** 2) / 2) Watt = v * F print "Um mit% sm / s in% s * C zu fahren, sind% .02f Watt erforderlich."% (V, temp, watts) def speed_from_wattage (): "" "Gegeben a spezifische Kraftausgabe, wie schnell fährt ein mathematisch theoretischer Radfahrer? "" "von math import sqrt position =" drop "für temp in (0, 10, 20, 30, 40): # Berechne eine vernünftige Zahl für F ... Ich denke ...? Sinnvoll, als ich es schrieb, aber jetzt etwas verwirrend v = 13,8 # m / s Watt = 300 F = Watt / v #, weil Watt = v * F # "F = CdA p [v ^ 2/2]" gelöst für "v" mit Sympy: "" "Aus Sympy-Importsymbolen lösen, Gleichung F, Cd, A, Luftdichte, v = Symbole (" F Cd A Luftdichte v ") lösen (Gleichung (F, Cd * A * Luftdichte * (v ** 2/2)) , v) v = sqrt (2) * sqrt (F / (Cd (Position) * A (Position) * Luftdichte (Temp))) v_in_km_h = ((v * 60 * 60) / 1000)
print "Bei% s Watt fährt% d * C mit% .02f km / h"% (Watt, Temp, v_in_km_h), wenn __name__ == '__main__': speed_from_wattage () required_wattage ()
Schön, obwohl Sie den Beitrag zur Gesamtleistung vermissen, den der Rollwiderstand benötigt, der bei Crr * Masse * g * v liegt, wobei g ~ = 9,8 m / s ^ 2. Es scheint, dass die Wolfram-Luftdichteberechnung einen gewissen Luftdruck und Luftfeuchtigkeit voraussetzt, da Sie keinen eingegeben haben. Abgesehen davon empfehle ich Methode 4 auf dieser Seite voncyclingpowermodels.com.
@R.Chung Hm, guter Punkt ... aber sollte in diesem Fall nicht viel ausmachen, oder? Ich denke, der Rollwiderstand wäre ein konstanter Mehrwert für die erforderliche Leistung, und die Standardwerte für Luftdruck / Luftfeuchtigkeit sind fein und willkürlich (ohne Kenntnis der "olympischen" Werte).
Oh, ich habe nur Ihre Berechnung des Strombedarfs kommentiert. Bei den Geschwindigkeiten, die Sie in Ihrem Beispiel verwendet haben, beträgt der Rollwiderstand etwa 50 Watt. OTOH, wenn Sie nur die Unterschiede im Leistungsbedarf mit der Luftdichte betrachten, ist es einfacher zu bemerken, dass eine Änderung der Luftdichte um x% genau den gleichen Unterschied im Luftwiderstand von x% bedeutet.


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