Co spowodowałoby zmienny opór powietrza w dzień bez wiatru?

13

Regularnie dojeżdżam do pracy. Uważam, że w niektóre dni, kiedy nie ma wyczuwalnego wiatru, mam wrażenie, że prawie nie ma oporu powietrza i tak łatwo jest jeździć z dużą prędkością. Jest też stosunkowo cicho, a wiatr nie ryczy mi w uszach.

W inne dni, kiedy nie ma wyczuwalnego wiatru, wydaje mi się, że jadę w zupie. Naprawdę trudno jest przyspieszyć, a powietrze w moich uszach jest dość głośne.

Rozmawiałem z moimi współpracownikami i często mówią, że mają taki sam wpływ w te same dni, co zaobserwowałem. Chociaż podróżują również w tym samym kierunku co ja, więc nie mogę wykluczyć bardzo lekkiego wiatru czołowego powodującego postrzeganą różnicę.

Możliwe wyjaśnienia:

W tych dniach jest lekki wiatr w ogon lub głowę.
W dni, kiedy jestem bardziej wypoczęty lub energiczny, czułem, że jazda jest stosunkowo łatwa.

Czy są jakieś inne wyjaśnienia, które mogłyby się przydać? Strefy wysokiej wilgotności czy wysokiego ciśnienia?

aerodynamics wind

— Prochowiec
źródło

2

Czasami dostaję ten „niewymagający wysiłku” efekt, ale doszedłem do wniosku, że jest to efekt wiatru w ogon. Nawet nie postrzegam tego jako powiewu ... ale kiedy jeżdżę dla przyjemności, moje przejażdżki są ogólnie pętlami, więc gdy tylko zmieniam kierunek, czuję to.

— PeteH,

Tak, to wiatr w ogon. Jest praktycznie cichy, ponieważ nadążasz za wiatrem, a powietrze nie porusza się zbytnio względem ciebie.

— Angelo,

18

TLDR; zakładając, że moje obliczenia poniżej są prawidłowe, opór powietrza w przybliżeniu wzrasta o 10% między gorącymi, wilgotnymi dniami a chłodnymi, suchymi dniami. Dodaj lekki, ale niezauważalny wiatr tylny lub przedni, a możliwe jest, że w ciągu dwóch dni odczujesz różnicę prędkości 4–5 mil na godzinę.

Opór powietrza jest główną siłą, którą rowerzysta musi pokonać przy typowych prędkościach przelotowych. Według jednego kalkulatora internetowego , zakładając typowy rower szosowy, swobodną pozycję podczas jazdy i prędkość przelotową 18 km / h, 75% mocy rowerzysty wykorzystuje się do pokonania oporu.

Zgodnie z Twoim profilem mieszkasz w Melbourne w Australii, które jest położone zasadniczo na poziomie morza. Za pomocą innego kalkulatora online gęstość powietrza przy 50 when i wilgotności 0% wynosi 1,24 kg / m³. Przy wilgotności 90˚ i wilgotności 100% gęstość powietrza wynosi 1,13 kg / m³. Tak więc, w zimny i suchy dzień, opór powietrza wzrasta o około 10% w porównaniu do gorącego i wilgotnego dnia.

Zgodnie z równaniem przeciągania

$F_D = \ frac {1} {2} \ pho v ^ 2 C_d A$

siła oporu skaluje się liniowo wraz z ciśnieniem powietrza. 10% większa gęstość to 10% większa siła potrzebna do pokonania oporu. Moc chwilowa zależy od równania

$P (t) = F \ cdot v$

Zakładając stałą moc wyjściową, a 75% tej mocy jest przeznaczone na pokonywanie oporów powietrza, w efekcie uzyskuje się około 7% redukcję (1 / 1,075) ogólnej prędkości. Zaczęliśmy od prędkości przelotowej 18 km / h, więc w uproszczeniu prędkość w zimny i suchy dzień wyniósłaby 93% 18 km / h lub 16,75 km / h. Powiedziałbym, że wystarczy to zauważyć.

Oczywiście wydaje się mało prawdopodobne, aby te dwa dni miały miejsce blisko siebie. Ale jeśli porównujesz jazdę w południe tuż przed burzą lub po niej, do jazdy późnym wieczorem w suchy dzień na kilka dni przed i / lub później, możesz wylądować gdzieś na boisku z różnicą 1 mil na godzinę.

To powiedziawszy, nawet mały wiatr z przodu i z tyłu może znacząco wpłynąć na twoją prędkość. Strona Sheldona zawiera wykresy pokazujące testy w tunelu aerodynamicznym. W szczególności,

Testy w tunelu aerodynamicznym

pokazuje, że gdy kąt wiatru zmienia się od wiatru przedniego do tylnego przy wietrze 5 km / h, jeździec poruszający się ze „znormalizowaną” prędkością 25 km / h (zakładając brak wiatru) zmieniłby prędkość z około 22 km / h na 28 km / h. Różnica prędkości jeźdźca przy zmianach prędkości wiatru wydaje się liniowa, więc ekstrapolacja do tyłu, nawet coś w rodzaju wiatru przedniego o prędkości 2 km / h w porównaniu do wiatru tylnego spowodowałoby różnicę o 3 km / h. To zdecydowanie zauważalne. Będąc w tunelu aerodynamicznym, testy te nie zostały przeprowadzone z oporem toczenia, więc 25 km / h w tunelu aerodynamicznym prawdopodobnie odpowiada naszemu wcześniejszemu założeniu 18 km / h na drogach zewnętrznych.

Jeśli połączysz efekty i porównasz jazdę późnym wieczorem w suchy dzień z lekkim wiatrem, do jazdy wczesnym popołudniem w wilgotny dzień z lekkim wiatrem, możesz mieć różnicę 4-5 mil na godzinę między dwoma dniami. To jest ogromne.

— Stephen Touset
źródło

Świetna odpowiedź, dzięki. Myślę, że 10% różnicy w stosunku do ilości mocy, którą muszę wywierać, aby utrzymać stałą prędkość, wystarczyłoby. Świetne dane.

— Mac

To drobiazg w twoim komentarzu, ale jest bliższy 7,5% różnicy mocy przy stałej prędkości, 7% różnicy prędkości przy stałej mocy. Nie zapomnij też zaakceptować, jeśli uważasz, że to najlepsza odpowiedź. :)

— Stephen Touset

Tak, zawsze się zgadzam ... daję sobie kilka dni na zebranie opinii :)

— Mac

5

W dni o wysokiej wilgotności powietrze ma mniejszą masę z powodu większej ilości H2O, która jest lżejsza niż typowe masy O2, CO2 i N2. W dni o wysokim ciśnieniu możesz odsunąć na bok więcej masy. Istotna jest także temperatura powietrza - gorące powietrze jest mniej gęste niż zimne. Dlatego dzień gorący, pod niskim ciśnieniem i wysoką wilgotnością wymaga zrzucenia mniejszej masy.

Stanowią one mierzalną różnicę w stosunku do samolotów, jednak nie mam pojęcia, czy rowerzysta podróżuje wystarczająco szybko, aby można było to zmierzyć. Wierzę, że jest to bardziej niezauważalny wiatr i twoje dobre samopoczucie (lub jego brak)

— mattnz
źródło

2

Powiedziałbym, że robi to różnicę w jeździe na rowerze. W olimpijskim welodromie podgrzali go, aby powietrze było bardziej zdyscyplinowane, aby rowerzyści jechali szybciej.

— robthewolf,

Próby rekordowych godzin światowych odbywają się na dużych wysokościach, prawdopodobnie również w ciepłym powietrzu, aby mieć możliwie jak najmniejszy opór powietrza. Możliwe, że różnice są niewielkie, ponieważ są ważne w sporcie (dla rekordowego rekordu godziny na świecie, wzrost o zaledwie kilka metrów w ciągu godziny może stanowić różnicę między sukcesem a porażką), a jednocześnie nie ma znaczenia dla dojazdów do pracy .

— Roel Schroeven,

2

Chociaż fizycy mówią nam, że jesteśmy tego pełni, wielu rowerzystów przynajmniej „zauważa”, że opór wiatru jest większy w stosunkowo wilgotnych, ale chłodnych porankach.

(I, oczywiście, jeśli ty i twoi współpracownicy pijecie razem noc wcześniej, może to mieć z tym coś wspólnego.)

— Daniel R. Hicks
źródło

Lol'ed w drugim akapicie

— Mac

1

Ten artykuł na temat oporów toczenia wspomina na marginesie:

(Później stwierdziliśmy, że temperatura ma duży wpływ na opór toczenia opon).

Jeśli zmiana często występuje w tym samym czasie i w taki sam sposób, jak ten opisany tak dokładnie powyżej, może przyczynić się do czegoś bardzo zauważalnego.

Po drugie, zakładam, że mokra droga spowodowałaby dodatkowy opór toczenia, ponieważ opona musi się odsunąć na bok lub zebrać trochę wody podczas toczenia. Z pewnością mogę wykryć dodatkowy hałas na drodze w mokre, a nawet wilgotne dni, więc ta energia musi skądś pochodzić.

— James Bradbury
źródło

Często zdarza się, że dni, które są trochę mokre, wydaje mi się, że jeżdżę szybciej. Nie tak mokro, że jadę przez kałuże, ale po prostu wystarczająco mokro, aby wszystkie doły były wypełnione wodą. Domyślam się, że woda wypełnia bardzo małe dziury w drodze, co sprawia, że nawet starsze drogi są jak nowy asfalt.

— Kibbee

@Kibbee Jeśli woda na drodze wchodzi w interakcje z oponami, na pewno stracisz więcej energii na pluskanie się wokół wody, niż możesz zaoszczędzić, zmniejszając nierówności drogi. Woda zachowuje się w pełni nieelastycznie (w sensie fizycznym) przy odpowiednich prędkościach i siłach, podczas gdy twoja opona zachowuje się dość elastycznie (ponownie w sensie fizycznym). Twoja opona zachowa energię, którą woda rozproszy.

— cmaster