Tunnettuahan on, että ilman tiheyteen vaikuttaa lämpötila, kosteus ja paine.
Lämpimän ilman tiheyshän on pienempi kuin kylmän.
Kuinka suuri vaikutus ilman tiheydellä on ilmanvastuksen suuruuteen?
Ajelen fillarilla ja jostakin syystä keskinopeudet nousevat aina helteisinä päivinä 2-3 km/h. Syksyllä taas keskinopeudet putoavat, vaikka luulisi ainakin kuntotason olevan korkealla.
Vai olisiko syynä laakereissa ja ketjuissa käytettyjen voiteluaineitten norjistuminen.
Onko empiirinen tutkimukseni huuhaata, vai onko sille tieteellistä perustetta???
Lämpimän ilman tiheyshän on pienempi kuin kylmän.
Kuinka suuri vaikutus ilman tiheydellä on ilmanvastuksen suuruuteen?
Ajelen fillarilla ja jostakin syystä keskinopeudet nousevat aina helteisinä päivinä 2-3 km/h. Syksyllä taas keskinopeudet putoavat, vaikka luulisi ainakin kuntotason olevan korkealla.
Vai olisiko syynä laakereissa ja ketjuissa käytettyjen voiteluaineitten norjistuminen.
Onko empiirinen tutkimukseni huuhaata, vai onko sille tieteellistä perustetta???
Vastaukset 17
Vanhimmat
Lämmin ilma on joo harvempaa ja siten sen vastus on pienempi, joten se voi vaikuttaa, mutta suurempi syy voi olla lihasten lämpötila. Helteellä lihakset ovat lämpimät ja tehokkaat heti alusta alkaen ja kylmällä ne ovat alussa vähän kankeat.
Ekaan kysymykseen sanoisin et ilmanvastus on suoraan verrannollinen sen tiheyteen. Mut mitä empiirisiin tutkimuksiin tulee niin merkittävät erot nopeuksissa johtunee edellisessä vastauksessa olevista syistä.
Pyöräilen aktiivisesti huhti-lokakuuhun. Olen huomannut ison eron vauhdissa kun keli on kylmää. Vauhtiin tietysti vaikuttaa vaatetuskin mutta pitäisin ilman tiheyttä keskeisenä tekijänä.
Voi olla että syksyllä on keskimäärin tuulisempaa. Minkä vastatuulessa häviää, sitä ei myötätuulessa voita.
Ilman+tiheyden+voit+laskea+täällä:+http://www.humcal.com/index.php
Tuulen vaikutus tulee kahta kautta. Oletetaan että pyöräilijä ajaa työmatkan edestakaisin yhtäältä täysin tyynessä nopeudella 25 km/h. Toisaalta hänen oletetaan ajavan menomatkan vastatuuleen nopeudella 20 km/h ja tulomatkan myötätuuleen nopeudella 30 km/h; silloin keskinopeus on 24 km/h, eli alempi kuin tyyneen ajettaessa.
Ilmanvastus on v^2-riippuva. Siksi esim. ajettaessa 10 m/s vastatuuleen tarvitaan enemmän lisäenergiaa kuin säästetään energiaa ajaettaessa 10 m/s myötätuuleen. Eli keskinopeus on tästäkin syystä alempi kuin tyynessä säässä ajettaessa.
Pitää kuitenkin muistaa, että teho on voima * nopeus eli vaikka kuinka kovaan vastatuuleen pääsee jotain positiivista nopeutta (olettaen riittävä välitys) ja vastaavasti myötätuuleen voi päästä "äärettömän" kovaaa. Tässä yksi laskuri, jossa voi laittaa tuulen (- -merkillä myötatuuli): http://bikecalculator.com/
Oletusarvoilla se laskee nopeudeksi 28,44 km/h ja aikaa 30 km matkaan 63,28 min. Laitetaan 30 km/h vastatuuli, niin nopeudeksi tulee 13,73 km/h eli 14,71 km/h vähemmän ja aikaa kuluu 131,08 min. Aika on jo yli tuplasti tuulettoman eli keskinopeus myötä-vasta jää selvästi alemmaksi. Sitten 30 km/h myötätuulessa vauhtia on 49,31 km/h eli 20,87 km/h enemmän kuin tyynessä ja aikaa kuluu 36,50 min.
Toisin sanoen tuo v^2 riippuvuus ei aiheuta sitä, että nopeushyöty myötätuulesta olisi pienempi kuin vastatuulesta. Vaikka nopeushyöty myötätuulesta on suurempi, ei keskinopeus tule läheskään yhtä suureksi. Vai taisitkin tarkoittaa, että vastuksen ollessa v^2 muotoinen tulee energiasta voima * matka kaavalla suurempi samalla matkalle eli samalla teholla matka kestää kauemmin.
Sama ilmiö tulee myös mäkisessä maastossa eli alamäessä ei saa kiinni ylämäessä menetettyä aikaa ja keskinopeus laskee tasaiseen verrattuna.
Tuosta tuulesta tulee myös toista kautta ongelma eli tuulen ollessa sivulta nousee suhteellinen tuuli suuremmaksi kuin tyynessä. Tästä seuraa myös vastuskomponentin nousu tyyneen nähden. Esimerkiksi 10 m/s vauhdilla ilmavastu F=0.5*rho*CdA*10^2 = 50*rho*CdA. 10 m/s sivutuulessa suhteellinen tuuli 14,1 m/s 45 asteen kulmassa etuviistosta. Kokonaisvoima F=0.5*rho*CdA*14,1^2 = 100*rho*CdA. Jos olettaa vastusvoimaksi cos(45) kertaa edellinen on vastus 71*rho*CdA.
Ilman+tiheys+on+suunnilleen+vakio*P/T+ja+jos+vastuksena+on+vain+ilmanvastus+=++c*P/T*v^2+ja+teho+em.+kerrottuna+nopeudella.
Lisäys
Siis ajan suhteen.
Matkan suhteen vaikuttavana on vain nopeudet, ei vastuksen suuruus.
Renkaaseen tuotettava teho tulee kaavasta P=F*V, missä F on vastusvoima ja V nopeus MAAN suhteen. Jos nopeus ilman suhteen pidetään vakiona ja oletetaan, että kaikki vastus tulee siitä, päädytään kaavoihin:
F= c*(V W)^2 ja P=F*V
Nuo yhdistämällä
P=c* (V W)^2 * V
Tuosta ei siis suinkaan tule samalla teholla sama nopeus tuulen suhteen.
Lyödään tuonne nyt esimerkiksi luvut tuulen nopeus 0 ja pyörän nopeus 10 m/s.
P=c*1000
Sitten 5 m/s myötätuulta, jolloin sama suhteellinen tuuli vaatii 15 m/s nopeutta pyörältä
P=c*(15-5)^2*15 = c*1500
Sitten 5 m/s vastatuulta, jolloin sama suhteellinen tuuli vaatii 5 m/s nopeutta pyörältä
P=c*(5 5)^2*5 = c*500
Siis pelkkä ilmanvastuksen voittaminen vaatii ko. tapauksessa myötätuulessa 3-kertaisen tehon vastatuuleen verrattuna samalla suhteellisen tuulen nopeudella.
Ilmanopeus tarkoittaa nopeutta ilmamassaan verrattuna ja se on samalla teholla sama jos vastus on sama
Maanopeus taas riippuu ilmanopeuden ja ilmamassan liikkeen suunnasta.
Kysy jos et ymmärrä jotain,äläkä ryhdy monisanaiseen änkkäykseen asian vierestä.
Polkupyörä tekee työntövoimansa maahan. Työntöön vaadittava teho siis lasketaaan maanopeudesta.
Jos polkupyörässä olisi ilmapotkuri, tilanne olisi toinen ja nopeutena käytettäisiin suhteellista tuulta. Tällöin siis samalla teholla nopeus ilman suhteen olisi vakio, kuten lentokoneella.
Jos et muuten hahmota, mieti millä vaihteella ajaisit ko. tilanteissa ja paljonko voimaa joutuisit käyttämään. Tuon efellisen esimerkin 5 m/s vauhdissa ajaisit hyvin pienellä ja 15 m/s vauhdissa suurimmalla. Sanotaan, että poljinkierrosnopeus olisi sama. Saman voiman tuottamiseen renkaalla, pitää poljinta painaa 3-kertaisella voimalla.
Keskustelu liittyi ilmanvastuksen ja sen ja sen voittamiseen tarvittavasta tehosta, joka on sama, riippumatta siitä millä voimalla pyörä liikkuu, joten pelkkä vastuksen vaatima teho riittää ja muu on asiantuntematonta sananhelinää.
Kyse oli polkupyörästä ja sen polkijan tuottamasta tehosta. Ei tuulivoimalasta, jolloin oltaisiin kiinnostuneita ilmavirtauksen tuottamasta tehosta.
Ääriesimerkkinä polkupyörä on kuljettajineen paikallaan 10 m/s tuulessa. Tarvitseeko mielestäsi nyt polkea yhtä suurella teholla kuin tyynessä 10 m/s nopeudella? Vai riittäisikö vain laskea jalat maahan vs. polkea jollain ainakin 200 W teholla?
Tuossa ääriesimerkissä tietysti tarvitaan 0 W voittamaan ilmanvastus, koska ollaan paikallaan maahan nähden.
Bonuskysymyksenä miten tilanne muutuisi, jos maan sijaan polkupyörä olisikin rullamatolla, joka liikkuisi 10 m/s?
Tästähän tulee ihan mieleen ddfttw-keskustelu!
Otsikko on: " Ilman tiheys "
ja kysynys: " Kuinka suuri vaikutus ilman tiheydellä on ilmanvastuksen suuruuteen? "
Vaikka kysyjä oli todennut vaikutuksen pyöräillessään, niin tuskin hän kaipasi alkeistietoja polkupyörästä.
Aloittaja ottaa esille ilman tiheyden vaikutuksen mutta peruskysymys on, miksi työmatka on syksyllä hitaampi kuin kesällä. Siksi voidaan tarkastella myös muita tekijöitä, ja yksi on tuulen vaikutus. Voidaan tarkastella monilla tavoin, mutta fakta on, että myötätuulessa ei voita sitä, mitä vastaavan nopeuden omaavassa vastatuulessa häviää (muut vastusvoimat, hidastamiset kurveissa ja risteyksissä). Vaikka pyörässä on vaihteet, vastatuulessa ilmanopeus tulee käytännössä suuremmaksi, jolloin v^2-laki vaikuttaa (jos myötätuulta on 10 m/s, vastaa se tavallisen pyörän käytännön maksiminopeutta). Kun ajoaika on myötätuulessa lyhyempi, on keskinopeus pienempi kuin myötä- ja vastatuulinopeuksien keskiarvo.
Onko vaatetuksella eroa syksyllä ja kesällä?
Lisävaatetuksen luulisi vaikuttavan ilmanvastukseen ja ylimääräiseen jäykkyyteen ajaessa kylmällä ilmalla.