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Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck.

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Präsentation zum Thema: "Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck."—  Präsentation transkript:

1 Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck

2 Die Reibungskraft entsteht an der Berührungsfläche zweier fester Gegenstände. Sie wirkt entlang der Kontaktfläche. Haftreibung: Gleitreibung Rollreibung F R = * F N F R …Reibungskraft F N …Normalkraft Luftwiderstand und Gleitreibung

3 Der Reibungskoeffizient zwischen Ski und Schnee ist Geschwindigkeitsabhängig und kann nicht als konstant angenommen werden. Bei der Bestimmung des Gleitreibungskoeffizienten muss im selben Geschwindigkeitsbereich getestet werden wie beim Rennen. liegt im Bereich von 0.01 – 0.03 (Rennski, gute Schneeverhältnisse) Luftwiderstand und Gleitreibung

4 Luftwiderstandskraft Fw = cw · A · · v²/ Dichte des Mediums (Luft ca. 1kg/m³) cw... Widerstandsbeiwert (Konstante) A......angeströmte Fläche v Geschwindigkeit cw · A ….in der Abfahrtshocke zwischen 0.16 – 0.3 m² (Skischuhe haben einen großen Einfluss auf cw · A) Luftwiderstand und Gleitreibung

5 Gleitstrecke: Sensitivitätsanalyse Lichtschranke Windmessgerät 3m 180m Luftwiderstand und Gleitreibung 3m

6 Beispiel: Hangneigung 10,5° Anfangsgeschwindigkeit 100km/h Streckenlänge 180m TZ1 0,1080s TZ2 6,4800s TZ3 0,1080s cd*A = 0.4m² = 0,0227 Luftwiderstand und Gleitreibung

7 Wind 1 2 +/- 0.1 m/s /- 0.5 m/s /- 1.0 m/s schädliche Fläche (cd*A = 0.4 m²) +/- 0.01m² /- 0.02m² Hangneigung (10,5°) +/- 0.1° /- 0.2°

8 Wind +/- 0.1m/s + schädliche Fläche +/- 0.01m² : Messung der Gleitreibung auf einer Gleitstrecke Wind, schädlicher Fläche und Hangneigung starken negativen Einfluss auf Messgenauigkeit Folgerungen für die Gleitreibungsbestimmung: - Eine Messung ist nur sinnvoll, wenn kein Wind geht oder der Wind sehr exakt an mehreren Stellen gemessen wird. - Der Testfahrer muss seine Fahrposition exakt einhalten können. Luftwiderstand und Gleitreibung

9 10 m 20 m Riesentorlauf – Linienwahl?

10 Fall 1: Geraden Fall 2: Kreissegmente r α

11 Fall 3: Kombination Kreissegmente und Geraden r α Riesentorlauf – Linienwahl

12 Riesentorlauf – Linienwahl? Programm unter

13 Schwungradius 5 Diff. Gesamtweg22,56 0,20 Fahrzeit1,35 0,01 Schwungradius 10 Diff. Gesamtweg22,87 0,51 Fahrzeit1,37 0,03 Riesentorlauf – Linienwahl? 10 m horizontal, 20 m vertikal

14 Schwungradius 5 Diff. Gesamtweg29,27 0,99 Fahrzeit1,76 0,06 Schwungradius 10 Diff. Gesamtweg31,42 3,13 Fahrzeit1,88 0,18 Riesentorlauf – Linienwahl? 20 m horizontal, 20 m vertikal

15 Riesentorlauf – Linienwahl? Vorteile von einer Querbeschleunigung

16 Riesentorlauf – Bremsende Kräfte Luftwiderstandskraft: wirkt entgegen der Fahrtrichtung abhängig von Fahrtgeschwindigkeit abhängig von Fahrposition

17 Riesentorlauf – Bremsende Kräfte Reibungskraft: wirkt entgegen der Fahrtrichtung abhängig von der Normalkraft abhängig vom Winkel Ski-Fahrtrichtung (Ski quer zur Fahrtrichtung hohe Reibungskraft)

18 Riesentorlauf – Bremsende Kräfte HoheGeringe Reibungskraft

19 Riesentorlauf – Bremsende Kräfte Zentrifugalkraft:

20 Riesentorlauf – Bremsende Kräfte Normalkraft in der Kurve:

21 Riesentorlauf – Bremsende Kräfte Die Normalkraft kann durch eine Streck- oder Beugebewegung beeinflusst werden (z.B. Hochentlastung).

22 Riesentorlauf – Beschleunigende Kräfte Hangabwärtstreibene Kraft abhängig von der Hangneigung abhängig von der Fahrtrichtung

23 Riesentorlauf – Summe aller Kräfte in Fahrtrichtung F ges = F HA – F L – F R

24 Riesentorlauf – Summe aller Kräfte in Fahrtrichtung Bei einer Geschwindigkeit von über 60 km/h besitzt der Skifahrer keine Möglichkeit in Fahrtrichtung positiv zu beschleunigen!

25 Riesentorlauf – Messung Messsysteme: GPS + Glonass (amerik. + russisches Navigationssystem) kleiner GPS-Empfänger mit Antenne am Helm Messfrequenz: 20 Hz Genauigkeit: < 10cm (bei guten Verhältnissen) Paromed Druckmesssohlen 24 Sensoren pro Fuß Messfrequenz: 200 Hz Genauigkeit : < 5% Videokamera Bildfrequenz: 25 Hz

26 Riesentorlauf – Messung Beispiel Paromedvideo matthaeus3_p.avi

27 3d- Darstellung GPS + Glonas

28 Weg in Querrichtung [m] Querabstand ca. 10m von Tor zu Tor

29 Kleinste Radien ca. 10m Schwungradius [m]

30 Geschwindigkeit [km/h] Größte Geschwindigkeit 65 km/h

31 Zentrifugalbeschl. [m/s²]

32 Normalbeschl. [m/s²] F HN F Z F N

33 Vergleich Paromed - GPS

34 Unterschiede bestehen, weil - Beuge- und Streckkraft - Unebenheiten der Piste - Querstellen vom Ski (Driften ) auf die GPS-Daten keinen direkten Einfluss haben

35 Vergleich Paromed - GPS Reibungskoeffizient (Driften) ist nicht konstant Schädliche Fläche ist nicht konstant Weitere Ziele: Schädliche Fläche über den Verlauf eines Schwunges bestimmen Reibungskoeffizient kann errechnet werden


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