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Biomechanische Aspekte im alpinen Skilauf

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  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