Hat man nur das Gefühl oder rollt es im Winter wirklich schlechter?

Ein ehemaliger Radsporttrainer hat mal geäußert: "Bei kalten Temperaturen wirkt die Luft wie eine Wand." Was ist an diesem Spruch dran? Ich habe mich mal im Internet umgeschaut, was ich zum Thema "Luftdichte" finden konnte. Aber wirkt sich eine unterschiedliche Luftdichte dermaßen aus, dass man dies wirklich spürt?

Die Luftdichte in [kg pro Kubikmeter] bestimmt den Luftwiderstand und ist Temperatur- und höhenabhängig.

Folgende Werte gelten für 20 Grad Celsius:

Meereshöhe rho= 1,142

500 Meter über Null rho= 1,088

1000 Meter über Null rho= 1,036

1500 Meter über Null rho= 0,986

2000 Meter über Null rho= 0,938

Fahrwiderstand

Bei einem Fahrrad werden sämtliche Reibungskräfte in den drehenden Teilen und der Rollwiderstand der Räder zum Fahrwiderstand zusammengefaßt. Er ist linear von der Fahrgeschwindigkeit abhängig, d. h. mit steigender Geschwindigkeit wird der Rollwiderstand, anders als beim Skilangläufer, größer. Es handelt sich beim Fahrrad um ein viskoelastisches System und es gibt keine mechanische Reibung, wie beim Skiläufer. Der Reibungswiderstand der drehenden Teile und der Rollwiderstand zwischen Reifen und Fahrbahn sind je zur Hälfte am Fahrwiderstand beteiligt (vgl. M.Gressmann,1989, Seite 77).

Der Rollwiderstand läßt sich in den Walkwiderstand FW (elastische Formänderung der Reifen und der Fahrbahn) und den Abrollwiderstand FR (Kippmoment um den wahren Drehpunkt) unterteilen. Etwa 20% des Rollwiderstandes entfallen auf den Walkwiderstand, der sowohl in Fahrtrichtung als auch quer dazu auftritt. Daraus läßt sich folgern, daß 0,2 *FR=FW ist, wobei FR der Abrollwiderstand ist und FW der Walkwiderstand ist. Der Abrollwiderstand FR ist das Produkt des Gesamtgewichts des Fahrzeugs FG mit dem Abrollwiderstandsbeiwertes f/4*r (Vgl. M. Gressmann, 1989, S.84 ff). Luftwiderstand Von allen Widerstandskräften Fall(s.Abb.) ist der Luftwiderstand der unangenehmste.

Der Steigungswiderstand FSt erfordert zwar eine erhebliche Antriebsleistung, der Radfahrer bekommt diese Leistung aber bei der Bergabfahrt wieder zurück. Auch die Energie, die zur Überwindung der Trägheitskraft FT notwendig ist, geht nicht ganz verloren. Der Radfahrer nutzt sie wenn er zum Beispiel mit Schwung einen kleinen Hügel hinauf fährt oder sich ausrollen läßt. Die Fahrwiderstände gehen verloren. Sie nehmen nur einen kleinen Anteil von der gesamten Antriebsleistung ein und steigen nur linear zur Geschwindigkeit an. Ohne die Haftreibung könnte man gar nicht Radfahren. Der Luftwiderstand stemmt sich dem Radfahrer immer entgegen, es sei denn er hat Rückenwind, der schneller ist als er selbst.

Die Energie die der Radfahrer aufwendet um den Luftwiderstand zu überwinden geht verloren. Für das verkleidete Fahrrad bedeutet das, daß es sinnvoll ist die Verkleidung stromlinienförmig und mit möglichst geringer Stirnfläche zu bauen. Der Luftwiderstand setzt sich aus unterschiedlichen Anteilen zusammen, die verschiedene physikalische Ursachen haben. Grundsätzlich kann unterschieden werden zwischen dem "Druckwiderstand" und dem "Reibungswiderstand". Hinzu kommen noch "mittelbare" Strömungseffekte an den Rändern (induzierter Widerstand) und die Querwiderstandskraft. Alle beeinflussen sich gegenseitig, addieren, multiplizeren oder heben sich in ihrer Wirkung auf, so daß der Gesamtwiderstand nicht immer die Summe aller Einzelwiderstände ist. Der Luftwiderstand FS errechnet sich aus dem Produkt aus dem Luftwiderstandsbeiwert (cw), der Luftdichte (f), der Gechwindigkeit zum Quadrat (v2) und der Stirnfläche (A). Die Luftdichte sinkt bei fallender Temperatur und fallendem Luftdruck (ca. 0,4% pro Grad). Der Luftwiderstandsbeiwert cw-Wert läßt sich nur für wenige Körper theoretisch bestimmen, deshalb wird er bei Strömungsversuchen im Windkanal ermittelt.

Der Luftwiderstand setzt sich also aus dem Druckwiderstand und Reibwiderstand zusammen, wobei der Reibwiderstand vernachlässigt werden kann. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß sich der Fahrtwind und der atmosphärische Wind nach den Gesetzen der geometrischen Addition überlagern.

Berechnungen zeigen, daß sich der Einfluß des Luftwiderstandes bei steigender Geschwindigkeit vergrößert. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/s auf 15 m/s ansteigt (Addition aus Geschwindigkeit und Gegenwind), verstärkt sich der Einfluß des Luftwiderstandes zweifach. Schon bei einem teilverkleideten Rad kann der Fahrer ca. ein Drittel der Kraft zur Überwindung des Luftwiderstandes einsparen. Die Berechnung für das theoretisch perfekt verkleidete Rad sind sehr eindruckvoll, der Fahrer spart im Durchschnitt mehr als neunzehntel des Luftwiderstandes. Dieser Wert kann allerdings als unerreichbar für die praktische Anwendung betrachtet werden.