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Biomechanische Aspekteim alpinen Skilauf
K. Schindelwig
Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck
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Die Reibungskraft entsteht an der Berührungsfläche zweier fester Gegenstände. Sie wirkt entlang der Kontaktfläche.
• Haftreibung:• Gleitreibung• Rollreibung
FR = * FN
FR …ReibungskraftFN …Normalkraft
Luftwiderstand und Gleitreibung
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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
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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)
Luftwiderstand und Gleitreibung
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Gleitstrecke: Sensitivitätsanalyse
Lichtschranke
Windmessgerät
3m
180m
Luftwiderstand und Gleitreibung
3m
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Beispiel:Hangneigung 10,5°Anfangsgeschwindigkeit 100km/hStreckenlänge 180m
TZ1 0,1080sTZ2 6,4800sTZ3 0,1080s
cd*A = 0.4m² = 0,0227
Luftwiderstand und Gleitreibung
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Wind 1 2
+/- 0.1 m/s 0.021 0.022+/- 0.5 m/s 0.017 0.028+/- 1.0 m/s 0.010 0.033
schädliche Fläche (cd*A = 0.4 m²)+/- 0.01m² 0.019 0.026+/- 0.02m² 0.014 0.030
Hangneigung (10,5°)+/- 0.1° 0.019 0.026+/- 0.2° 0.014 0.030
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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.
Luftwiderstand und Gleitreibung
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10 m
20 m
Riesentorlauf – Linienwahl?
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Riesentorlauf – Linienwahl?
Fall 1: Geraden Fall 2: Kreissegmente
rα
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Fall 3: Kombination Kreissegmente und Geraden
rα
Riesentorlauf – Linienwahl
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Riesentorlauf – Linienwahl?Programm unter http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Trainer/
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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
Riesentorlauf – Linienwahl?
10 m horizontal, 20 m vertikal
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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
Riesentorlauf – Linienwahl?
20 m horizontal, 20 m vertikal
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Riesentorlauf – Linienwahl?
Vorteile von einer Querbeschleunigung
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Riesentorlauf – Bremsende Kräfte
Luftwiderstandskraft:wirkt entgegen der Fahrtrichtungabhängig von Fahrtgeschwindigkeit abhängig von Fahrposition
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Riesentorlauf – Bremsende Kräfte
Reibungskraft:wirkt entgegen der Fahrtrichtungabhängig von der Normalkraftabhängig vom Winkel Ski-Fahrtrichtung(Ski quer zur Fahrtrichtung hohe Reibungskraft)
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Riesentorlauf – Bremsende Kräfte
Hohe GeringeReibungskraft
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Riesentorlauf – Bremsende Kräfte
Zentrifugalkraft:
r
vmFZ
2
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Riesentorlauf – Bremsende Kräfte
Normalkraft in der Kurve:
ZHNN FFF
ZF
HNF
NF
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Riesentorlauf – Bremsende Kräfte
Die Normalkraft kann durch eine Streck- oder Beugebewegung beeinflusst werden (z.B. Hochentlastung).
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Riesentorlauf – Beschleunigende Kräfte
Hangabwärtstreibene Kraftabhängig von der Hangneigungabhängig von der Fahrtrichtung
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Riesentorlauf – Summe aller Kräfte in Fahrtrichtung
Fges = FHA – FL – FR
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Riesentorlauf – Summe aller Kräfte in Fahrtrichtung
Bei einer Geschwindigkeit von über 60 km/h besitzt der Skifahrer keine Möglichkeit in Fahrtrichtung positiv zu beschleunigen!
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Riesentorlauf – Messung
Messsysteme:
GPS + Glonass (amerik. + russisches Navigationssystem)kleiner GPS-Empfänger mit Antenne am Helm
Messfrequenz: 20 HzGenauigkeit: < 10cm (bei guten Verhältnissen)
Paromed Druckmesssohlen24 Sensoren pro FußMessfrequenz: 200 HzGenauigkeit : < 5%
VideokameraBildfrequenz: 25 Hz
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Riesentorlauf – Messung
Beispiel Paromedvideo
matthaeus3_p.avi
![Page 27: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/27.jpg)
3d- Darstellung GPS + Glonas
![Page 28: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/28.jpg)
Weg in Querrichtung [m]
Querabstand ca. 10m von Tor zu Tor
![Page 29: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/29.jpg)
Kleinste Radien ca. 10m
Schwungradius [m]
![Page 30: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/30.jpg)
Geschwindigkeit [km/h]
Größte Geschwindigkeit 65 km/h
![Page 31: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/31.jpg)
Zentrifugalbeschl. [m/s²]
![Page 32: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/32.jpg)
Normalbeschl. [m/s²]
FHN FZ FN
ZF
HNF
NF
![Page 33: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/33.jpg)
Vergleich Paromed - GPS
![Page 34: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/34.jpg)
Vergleich Paromed - GPS
Unterschiede bestehen, weil- Beuge- und Streckkraft- Unebenheiten der Piste- Querstellen vom Ski (Driften)
auf die GPS-Daten keinen direkten Einfluss haben
![Page 35: Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf K. Schindelwig Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c7992/html5/thumbnails/35.jpg)
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