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Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf

Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf. K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck. Luftwiderstand und Gleitreibung. Die Reibungskraft entsteht an der Berührungsfläche zweier fester Gegenstände. Sie wirkt entlang der Kontaktfläche. • Haftreibung:

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Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf

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Presentation Transcript

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

  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 undGleitreibung 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. Luftwiderstand und Gleitreibung Gleitstrecke: Sensitivitätsanalyse 3m 180m 3m Lichtschranke Windmessgerät

  6. Luftwiderstand und Gleitreibung Beispiel:Hangneigung 10,5°Anfangsgeschwindigkeit 100km/hStreckenlänge 180mTZ1 0,1080sTZ2 6,4800sTZ3 0,1080s cd*A = 0.4m²  = 0,0227

  7. Wind 1 2+/- 0.1 m/s0.021 0.022+/- 0.5 m/s0.017 0.028+/- 1.0 m/s0.010 0.033schädliche Fläche (cd*A = 0.4 m²)+/- 0.01m²0.019 0.026+/- 0.02m²0.014 0.030Hangneigung (10,5°)+/- 0.1°0.019 0.026+/- 0.2°0.014 0.030

  8. Luftwiderstand und Gleitreibung Wind +/- 0.1m/s + schädliche Fläche +/- 0.01m²  :0.017 0.028 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 http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Trainer/

  13. Riesentorlauf – Linienwahl? 10 m horizontal, 20 m vertikal

  14. 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 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. 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

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