Biomechanische Aspekte

Präsentation zum Thema: "Biomechanische Aspekte"—  Präsentation transkript:

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

2 Luftwiderstand und Gleitreibung
Die Reibungskraft entsteht an der Berührungsfläche zweier fester Gegenstände. Sie wirkt entlang der Kontaktfläche. • Haftreibung: • Gleitreibung • Rollreibung FR =  * FN FR …Reibungskraft FN …Normalkraft

3 Luftwiderstand und Gleitreibung
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)

4 Luftwiderstand und Gleitreibung
Luftwiderstandskraft Fw = cw · A ·  · v²/2  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)

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

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

7  Wind   /- 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 Luftwiderstand und Gleitreibung
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.

9 Riesentorlauf – Linienwahl?
10 m 20 m

10 Riesentorlauf – Linienwahl?
Fall 1: Geraden Fall 2: Kreissegmente r α

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

12 Riesentorlauf – Linienwahl?
Programm unter

13 Riesentorlauf – Linienwahl?
10 m horizontal, 20 m vertikal Schwungradius 5 Diff. Gesamtweg 22,56 0,20 Fahrzeit 1,35 0,01 Schwungradius 10 Diff. Gesamtweg 22,87 0,51 Fahrzeit 1,37 0,03

14 Riesentorlauf – Linienwahl?
20 m horizontal, 20 m vertikal Schwungradius 5 Diff. Gesamtweg 29,27 0,99 Fahrzeit 1,76 0,06 Schwungradius 10 Diff. Gesamtweg 31,42 3,13 Fahrzeit 1,88 0,18

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
Hohe Geringe 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 Fges = FHA – FL – FR Riesentorlauf – Summe aller Kräfte
in Fahrtrichtung Fges = FHA – FL – FR

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 Schwungradius [m] Kleinste Radien ca. 10m

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

31 Zentrifugalbeschl. [m/s²]

32 Normalbeschl. [m/s²] FHN FZ FN

33 Vergleich Paromed - GPS

34 Vergleich Paromed - GPS
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