Gegenwind beim Fahren in einer Schleife

Ich (denke) ich kenne die Antwort darauf, aber ich wollte die Einstellungen anderer dazu bringen.

Fahren Sie eine Runde ohne Wind oder fahren Sie dieselbe Runde mit Wind (so dass Sie auf der Hälfte der Runde Gegenwind gegen Rückenwind für die andere Hälfte bekommen).

Entspricht dies oder verbraucht die Windversion mehr Energie, um die gleiche Gesamtzeit aufrechtzuerhalten?

Ich meine eigentlich nicht, die gleiche Geschwindigkeit über die gesamte Schleife zu halten, sondern die gleiche Zeit über die ganze Sache. Daher würde ich erwarten, dass die Geschwindigkeit in Richtung Wind sinkt und in die andere Richtung zunimmt.

Wenn der Effekt des Windwiderstands in Bezug auf die Geschwindigkeit linear wäre, würden sich die Kräfte ausgleichen. Das heißt: Wenn das Treten in einen Wind von 32 km / h nur doppelt so schwer wäre wie das Treten in einen Wind von 10 km / h, würden sich die Kräfte ausgleichen.

Dies ist jedoch nicht der Fall, wie @Daniel erwähnt. Der Aufwand zur Überwindung des 32 km / h-Windes ist mehr als doppelt so hoch wie der für den 10 km / h-Wind erforderliche. Wenn wir Ihre Schleife in ein Hin und Her vereinfachen (halb direkt in den Wind, halb mit dem Rücken), sagen wir, der Wind hat eine konstante Geschwindigkeit von 16 km / h und Sie radeln, um 32 km / h zu halten, können Sie sich eine intuitive Vorstellung machen wie das funktioniert.

Mit diesen Annahmen würden Sie für die Hälfte Ihrer Reise gegen 30 Meilen pro Stunde Gegenwind kämpfen (10 Wind + 20 von Ihrer eigenen Geschwindigkeit). Die zweite Hälfte des "Gegenwinds" wäre nur 10 Meilen pro Stunde (20 von Ihrer eigenen Geschwindigkeit - 10 vom Wind). Dies wird mit einem Tag ohne Wind verglichen, an dem die gesamte Reise einen Gegenwind von 32 km / h hätte. Der Sprung von 32 km / h auf 30 km / h erfordert viel mehr Energie (was ist das letzte Mal, wenn Sie 30 km / h erreichen?) Als die Energie, die durch das Abfallen von 32 km / h auf 30 km / h eingespart wird.

Der Luftwiderstand variiert als Quadrat der Geschwindigkeit. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit der dominierende Faktor in der Gleichung ist (im Gegensatz zum Widerstandsbeiwert).

Aus Wikipedia :

Bei hohen Geschwindigkeiten (oder genauer gesagt bei hoher Reynoldszahl) ändert sich der Luftwiderstand als Quadrat der Geschwindigkeit. Somit ändert sich die resultierende Kraft, die zur Überwindung dieses Widerstands benötigt wird, als Geschwindigkeitswürfel. Die Standardgleichung für den Luftwiderstand ist die Hälfte des Luftwiderstandsbeiwerts multipliziert mit der Fluidmassendichte, der Querschnittsfläche des angegebenen Elements und dem Quadrat der Geschwindigkeit.

Eine hervorragende Behandlung der auf einen Radfahrer einwirkenden Kräfte finden Sie im Artikel von Rainer Pivit . Die Grafiken sind besonders hilfreich.

@Superdesk hat die richtige Antwort, aber ich dachte, ich würde etwas Mathematik hinzufügen, um einen Eindruck von der Größe des Unterschieds zu vermitteln.

Wie andere angegeben haben, ist der Luftwiderstand eine quadratische Funktion der relativen Windgeschwindigkeit. Aus diesem Grund benötigen Sie viel mehr Kraft, um von 0 auf 10 km / h zu fahren, als mit einem Fahrrad von 20 auf 30 km / h.

Angenommen, Sie fahren gerne mit 20 km / h. Wenn Sie an einem windstillen Tag fahren, haben Sie auf dem gesamten Weg eine relative Windgeschwindigkeit von 20 km / h (Sie bewegen sich 20 km / h schneller als die Luft um Sie herum). Angenommen, Sie verlieren 1000 Cal. auf dieser Fahrt zu ziehen.

Angenommen, Sie fahren an einem Tag mit einem Wind von 10 km / h und fahren eine halb so lange Schleife.

In der ersten Hälfte der Runde beträgt Ihre relative Windgeschwindigkeit bei Rückenwind 20-10 km / h = 10 km / h. Da der Luftwiderstand jedoch quadratisch ist , verlieren Sie tatsächlich nur ein Viertel der Energie, die Sie bei einer Windgeschwindigkeit von 20 km / h benötigen würden. Sie verlieren also 125 Cal, um in der ersten Hälfte der Fahrt zu ziehen (1000/2 = 500, wenn Sie nur auf halber Strecke fahren, 500/4, weil der Luftwiderstand geringer ist).

In der zweiten Hälfte der Runde beträgt Ihre relative Windgeschwindigkeit bei Gegenwind 20 + 10 = 30 km / h. Da der Luftwiderstand quadratisch ist, bedeutet dies wiederum, dass Sie nicht 50% mehr Energie verbrauchen, sondern 125% mehr Energie. Sie verlieren also 1125 Cal. auf der zweiten Hälfte der Fahrt ziehen (1000/2 = 500 für nur auf halber Strecke, 500 * 9/4 = 1125 für den quadratischen Widerstand)

Insgesamt verbrauchen Sie an einem windigen Tag 1250 Cal oder 25% mehr , wenn Sie dieselbe Strecke mit derselben Bodengeschwindigkeit fahren, nur für eine leichte Brise ! Interessant ist auch, dass Sie auf dem Rückweg 90% der Energie verlieren!

Dies wird tatsächlich sehr schnell schlimmer, wenn die Windgeschwindigkeit steigt. Wo ich wohne, haben wir oft anhaltende Winde mit 40 km / h , was 450% mehr Energieverlust bei gleichen Bodengeschwindigkeiten bedeutet. Dann brauchen Sie Ihre ganze Energie, um bergab zu fahren !

Der Energieverbrauch könnte nur ausgeglichen werden, wenn die Aerodynamik Ihrer Fahrposition von der Vorderseite des Fahrrads der Aerodynamik Ihrer Fahrposition von der Rückseite des Fahrrads entspricht. Denken Sie an Ihre Fahrposition auf dem Fahrrad.

1. Wenn Sie in den Wind gehen, haben Sie wenig Fahrrad, aber der Lenker trifft zuerst den Wind. Der Wind trifft dich als nächstes und deine Form nimmt den Wind auf.
2. Der Windwiderstand steigt mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit. Wenn der Wind mit 10 Meilen pro Stunde (Bodengeschwindigkeit) gegen Sie ist und Sie mit 10 Meilen pro Stunde (Bodengeschwindigkeit) unterwegs sind, bewegt sich der Wind effektiv mit 20 Meilen pro Stunde relativ zu Ihnen. Das entspricht dem 4-fachen Windwiderstand im Vergleich dazu, dass Sie nur mit 16 km / h ohne Wind radeln.
3. Selbst wenn Sie im Sitzen mit dem Wind fahren, ist Ihr Rücken in die Richtung geneigt, in die sich der Wind bewegt, und Ihre Schultern sind abgerundet, was Ihnen ein viel besseres aerodynamisches Profil verleiht und wenn der Wind aus der entgegengesetzten Richtung kommt.

Das Endergebnis ist, dass Sie nicht die Gewinnschwelle erreichen, aber es macht auf jeden Fall Spaß, mit dem Wind zu fahren.

Dies ähnelt einem flachen Kurs gegenüber einem Hügel.
Der quadratische Faktor beim Ziehen ist der Widerstand.

Nehmen wir an, Sie sind 20 Meilen entfernt und 20 Meilen zurück.
Sie können 32 km / h ohne Wind halten.
Ihr Bereich A ist konstant.
Cd ist konstant.
P ist konstant

An einem toten, stillen Tag beträgt Ihre Arbeit 2 Stunden 1/2 cd p A (20 ^ 2), wobei alle Konstanten 2 Stunden (20 ^ 2) entfernt werden.

Werfen wir einen 10 Stundenmeilen Kopf Wind übernehmen
Sie genau sogar Dinge Widerstand mit 10 Meilen pro Stunde und 30 Stundenmeilen zurück auszuwickeln
Sie 20 Stundenmeilen haben aus Netto Wind und 20 Stundenmeilen Netto Wind zurück
Problem es Zeit ist
Zeit aus 20 Meile / 10 Stundenmeilen = 2 Stunden Die Zeit zurück beträgt 20 Meilen / 30 Meilen pro Stunde = 2/3 Stunden (2 + 2/3) / 2 = 8/3/2 = 8/6 = 4/3.
Also genau 1/3 mehr Arbeit, weil Sie den gleichen Aufwand haben 1/3 länger

Sagen Sie jetzt, Sie möchten es für die gleiche Zeit 1,5 Stunden aus plus 0,5 zurück
Buckeln Sie machen 13,33 Meilen pro Stunde + 10 Meilen pro Stunde Wind für 23,33 Meilen pro Stunde Windwiderstand
Zurück Sie machen 40 Meilen pro Stunde - 10 Meilen pro Stunde Wind für 30 Meilen pro Stunde Windwiderstand In
beide Richtungen Sie kämpfen gegen mehr Nettowindwiderstand
(1,5 Stunden (((20 / 1,5) +10) ^ 2) + 0,5 Stunden (((20 / .5) -10) ^ 2)) /
2 Stunden (20 ^ 2)
das gleiche wie 3/2 * ((40/3 + 10) ^ 2) + 1/4 * ((40-10) ^ 2) / 2 * (20 ^ 2)
entspricht 1,6
Sie möchten es bei ein- und aussteigen lassen Zur gleichen Zeit werden Sie ungefähr 1,6 so viel Arbeit bei einem Wind von 10 Meilen pro Stunde verbringen.

Es ist nicht gleich.

Eine illustrative Hypothese:

• Sie haben eine Höchstgeschwindigkeit von 30 Meilen pro Stunde.
• Der Wind weht mit> = 30mph.

Unabhängig davon, wie schnell Sie die Rückenwindhälfte der Runde fahren, dauert es ∞ Zeit, die Gegenwindhälfte zu radeln, was wahrscheinlich mehr Zeit ist als im Fall ohne Wind.