Fietst het zwaarder met zijwind dan zonder?

[WillemB]

Er is wel degelijk verschil tussen stilstaan en bewegen..en de zwaartepunten
 
- Zowel de fiets als auto zullen niet verschuiven als ze stilstaan
- beide zullen moeten corrigeren in rijdende situatie.
 
De eene auto meer als de andere, dat kan ik uit eigen ervaring putten,
sommige auto modellen gaan echt aan de zwier bij veel zij wind, tijdens het rijden
 
Een ander belangrijk verschil tussen auto en fietser:
Daarnaast heeft een fietser een zwaartepunt wat steeds heen en weer beweegt over zijn koerslijn, cq wiel lijn
dat heeft een auto niet, daar is het zwaartepunt altijd tussen de wielen.
 
Het corrigeren van het zwaartepunt bij een fietser kost ook de nodige energie.....en beïnvloed zijn richting

[Bartjes]

Stel de fietser fietst met een snelheid v .
 
De loodrechte zijwind heeft een snelheid u.
 
Andere winden zijn er niet.
 
De fietser ondervindt dan een totale wind w. Met:
 

\( w = \sqrt{v^2 + u^2} \)

 
 
Het is die totaal ondervonden wind w die de luchtweerstand W bepaalt. De vectoriële luchtweerstand

\( \vec{W} \)

heeft dezelfde richting als de vectoriële windsnelheid

\( \vec{w} \)

.
 
Laat φ de hoek zijn tussen de vectoriële luchtweerstand

\( \vec{W} \)

en de snelheid

\( - \vec{v} \)

. Dan moet de fietser de weerstand W' overwinnen. Waarbij:
 

\( W' = W . \cos \varphi \)

 

\( W' = W . \frac{v}{w} \)

 
 
Tenslotte nemen we nog aan dat:
 

\( W = C . w^2 \)

 
(Zie ook: http://nl.wikipedia.org/wiki/Luchtweerstand )
 
 
Dan krijgen we dus:
 

\( W' = W . \frac{v}{w} \)

 

\( W' = C . w^2 . \frac{v}{w} \)

 

\( W' = C . v . w \)

 

\( W' = C . v . \sqrt{v^2 + u^2} \)

 
 
Met andere woorden: door zijwind neemt de in de bewegingsrichting te overwinnen luchtwrijvingscomponent W' toe.

[Jan van de Velde]

Als een bewegend voorwerp dat wél heeft maar een stilstaand niet, dan kán dat geen kwestie zijn van snelheidsvectoren optellen, wat je wél suggereert:
 

..... de fietser zal dit moeten corrigeren, door naar rechts te sturen, om deze zij kracht te compenseren.
 

 
Dat geldt wél voor een vliegtuig: als dat oostwaarts wil vliegen met 100 km/h in een noordenwind van 100 km/h, dan zal dat vliegtuig met een snelheid (airspeed) van 100·√2  km/h noordoostwaarts moeten vliegen. 
 
En ik wil niet uitsluiten dat er meer kracht nodig is voor zijwind, maar simpelweg windkrachtvector bij trapkrachtvector optellen werkt niet, omdat je banden idealiter die windkrachtvector geheel opheffen (zie stilstaande auto). Als dat in de praktijk niet hélemaal het geval zou zijn dan moet er een fysische reden voor dat "afdrijven" (dat dan gecompenseerd moet worden) zijn. Een mogelijke reden bedacht ik al , en er zijn er mogelijk meer, zoals turbulentie rond spaken e.d., maar meer lees ik tot nu toe nog niet in deze topic. En als die er komen, dan ben ik benieuwd naar een plausibele schatting van de grootte, want totdat iemand me dat plausibel voorrekent weiger ik te geloven dat een 90° zijwind een significant verschil maakt voor de trapkracht, toch zeker als het gaat om dat koerscorrectie-effect.

[Jan van de Velde]

..//.. berekeningen ..//..) 
 
Met andere woorden: door zijwind neemt de in de bewegingsrichting te overwinnen luchtwrijvingscomponent W' toe.

Oneens: deze redenering is van toepassing in de vliegtuigsituatie, niét in de situatie van een voertuig in contact met de grond. 
 
Laten we de situatie voor de zuiverheid van de gedachte omkeren: We nemen een rails, met daarop een wagon met twee straalmotoren, eentje achterwaarts gericht, eentje haaks zijwaarts gericht. De haaks zijwaarts gerichte krijgt de wagon niet op gang uit stilstand, maar zal ook niet, bij enige voorwaartse snelheid van de wagon, één iota bijdragen aan de snelheid van de wagon. 
 
Mutatis mutandis zal zijwind ook geen iota vermindering brengen op de snelheid van de wagon, afgezien van mogelijke wrijving omdat de kammen van de wielen zijdelings langs de rails schuiven. Een berekening als boven is in dit geval dus geheel ongeldig.  

[WillemB]

Volgens mij zit het verschil in het verwerken van de zijdruk, en het zwaartepunt.
 
Bij een auto wordt de zijdruk, door de brede 150 cm wielbasis beter,en een laag zwaartepunt, anders  verdeeld, een fietser heeft 
een zeer kleine wielbasis 1 cm, en een hoog zwaartepunt daarom valt deze ook om bij te kleine snelheid, en een auto niet.
 
Dat is de reden waarom je volgens mij een fiets de wind en trap vector bij elkaar mag brengen,
alhoewel ik dat nog eens nader ga bekijken. Je voorbeeld met het vliegtuig is wel interessant.
Ik zie de fietser bijna gelijk aan het vliegtuig, op dat eene zeer smalle raakvlak met de aarde,
de bovenkant van de fietser gaat alle kanten op, net als het vliegtuig.

[Bartjes]

@ Jan van de Velde
 
Je gedachte-experiment overtuigt mij niet, de logica daarvan ontgaat me.
 
Ik heb dan meer vertrouwen in mijn bewijs, dat overigens is geïnspireerd op de link uit berichtje #27. Mogelijk zit er ook in mijn bewijs een fout, maar wijs die dan a.u.b. aan.

[WillemB]

@ Jan, ik denk dat je gedeeltelijk gelijk hebt, een deel van de zijwind wordt opgevangen door dwars wrijving,maar...niet alles,
 
een deel wordt opgevangen door de fietser, anders zou deze omvallen ( omwaaien), de fietser moet wel
degelijk corrigeren voor de zijwind, omdat de fietser maar 1 raakpunt heeft met de aarde, en een hoog zwaartepunt,
en dat corrigeren kost energie, al is het iets minder dan ik dacht, een klein deel wordt verwerkt door het raakvlak met de aarde.
 
er komen dus vectoren bij, rond het zwaartepunt en raakvlak met het fietspad.

[shimmy]

 

Het is die totaal ondervonden wind w die de luchtweerstand W bepaalt.

Nee, het het is het deel van de wind dat recht tegen de bewegingsrichting in staat dat de luchtweerstand bepaald, en dat is, even rekenen, v.

 

[Jan van de Velde]

 
er komen dus vectoren bij, rond het zwaartepunt en raakvlak met het fietspad.

die tekende ik al, zie hier
 
een zijwaartse wrijving tussen band en weg zorgt voor een volledige opheffing van die horizontale windkrachtcomponent (geen nettokracht zijwaarts dus, al wordt de volledige waarheid daarvan betwijfeld), en omdat de fietser schuinhangt is het moment van de zwaartekracht om het contactpunt met de weg gelijk aan het moment van de windkracht om het contactpunt met de weg.
 
Geen vuiltje aan de lucht, krachten en momenten in evenwicht.

[Bartjes]

Nee, het het is het deel van de wind dat recht tegenin de bewegingsrichting staat dat de luchtweerstand bepaald, en dat is, even rekenen, v.

 

Dat is onjuist. De totaal door de fietser ondervonden wind heeft snelheid w, en daar hoort een luchtweerstand W bij. Van die W moet je vervolgens de component W' nemen om de kracht te vinden die de fietser door trappen moet overwinnen. De haaks op W' staande component W" resulteert niet in een zijwaartse beweging, en daarvoor hoeft de fietser dus ook niet via de trappers energie te leveren. Die kracht W" wordt op andere manieren gecompenseerd: door schuin hangen, wrijvingsweerstand van de banden, tegensturen e.d.

[WillemB]

die tekende ik al, zie hier
 
Geen vuiltje aan de lucht, krachten en momenten in evenwicht.

 
Bijna goed, het zwaartepunt is verplaatst naar buiten het raakvlak van de wielen..
normaal rijdt de fietser met zwaartepunt precies boven het raakvlak.
Tot zover inderdaad niets aan de hand..., maar..
 
In een ideale situatie zijn de krachten ( vectoren ), steeds stabiel, maar in de praktijk is
dat niet, de wind van op zij is in de praktijk niet stabiel, de fietser moet hierdoor veel meer
corrigeren, dan als er geen zijwind zou staan
 
Dus ja in een theoretische situatie, zijn de krachten in evenwicht, maar in de praktijk niet.
 
Omdat het zwaartepunt naar buiten komt te liggen, en de zij vector variaties kent, moet
er meer gecorrigeerd worden, door de fietser, om weer een stabiele situatie te krijgen.
 
Het fietsen met zijwind kan dus worden gezien als een proces (=het rechtop houden van de fiets) met tegen koppeling, en de
terug koppeling wordt gedaan met de kracht van de proces operator de fietser....... 

[Jan van de Velde]

 
 
Dus ja in een theoretische situatie, zijn de krachten in evenwicht, maar in de praktijk niet.
 

Daar wil ik gerust in meegaan, maar ik wacht op iemand die die factor kwantificeert. Want corrigeren moet ik ook als ik in windstilte rijd, fietsen is een kwestie van gecontroleerd vallen heb ik eens iemand horen zeggen. Waarom zou ik meer ik meer moeten corrigeren als ik zijwind heb dan wanneer ik in windstilte rijd, en dan kwantitatief, hoeveel meer kracht kost me dat? 

[WillemB]

Daar wil ik gerust in meegaan, maar ik wacht op iemand die die factor kwantificeert. Maar corrigeren moet ik ook als ik in windstilte rijd. Waarom moet ik meer corrigeren als ik zijwind heb dan wanneer ik in windstilte rijd, en dan kwantitatief, hoeveel meer kracht kost me dat? 

 
Deze is volgens mij makkelijk te beantwoorden, hoe verder het zwaartepunt naar buiten ligt, hoe meer kracht er nodig is om te corrigeren,
Ook dat is volgens mij te berekenen met vectoren, omdat die groter worden naarmate het zwaartepunt verder naar links of rechts komt te liggen, mede omdat dan het gewicht van de fietser een rol gaat spelen.
 
Ook bij weinig wind en je zwaartepunt , komt door plotselinge beweging te ver naar buiten te liggen val je om.

[tempelier]

Daar wil ik gerust in meegaan, maar ik wacht op iemand die die factor kwantificeert. Want corrigeren moet ik ook als ik in windstilte rijd, fietsen is een kwestie van gecontroleerd vallen heb ik eens iemand horen zeggen. Waarom zou ik meer ik meer moeten corrigeren als ik zijwind heb dan wanneer ik in windstilte rijd, en dan kwantitatief, hoeveel meer kracht kost me dat? 

Ga eens uit van een stilstaande fietser bij windstilte.
In theorie kan er dan labiel evenwicht zijn dat tot in lengte van tijden kan worden gehandhaafd.
De praktijk is echter anders het kost energie (en veel vaardigheid om overeind te blijven).
 
Nu krijgt de fietser zijwind hij kan dan een nieuw labiel evenwicht maken door iets scheef te gaan hangen.
Ook dit lukt alleen maar door energie te gebruiken ook al is er theoretisch een labiel evenwicht mogelijk.
 
Dan is normaal de winddruk niet constant en moet telkens de hellingshoek worden aangepast.
 
Dus ook bij stilstand kost het al energie om overeind te blijven.
 
PS.
Bovenstaande is buitengewoon moeilijk, circus artiesten kunnen het maar die spelen vals want ze gebruiken een doortrapper.

[Jan van de Velde]

allemaal leuk en aardig, maar ik zie nog steeds geen reden waarom dat bij zijwind meer kracht zou kosten dan zonder wind
 

 
 hoe verder het zwaartepunt naar buiten ligt, hoe meer kracht er nodig is om te corrigeren,
 

hoezo? Stel de wind komt van rechts, ik hel dus over tegen de wind in. Ik val te te ver naar rechts en corrigeer dat door een beetje naar rechts te sturen zodat mijn fiets weer meer onder mijn zwaartepunt terecht komt (zo werkt fietsen). Ik val te ver naar links (kom iets te rechtop en dreig omver geblazen te worden). Ik stuur een beetje naar links om dat weer op te vangen. En dat gaat zo door. Maar precies datzelfde doe ik óók als er geen wind staat, continu corrigeren. Waar komt dan die beweerde extra kracht vandaan t.o.v. windstil fietsen? 
 

Ga eens uit van een stilstaande fietser bij windstilte.
In theorie kan er dan labiel evenwicht zijn dat tot in lengte van tijden kan worden gehandhaafd.
De praktijk is echter anders het kost energie (en veel vaardigheid om overeind te blijven).

dat komt alleen omdat dan dat correctiemechanisme dat achter het principe van het fietsen zit niet fatsoenlijk werkt omdat bij de geringe (of afwezige) voorwaartse snelheid een kleine koerscorrectie niet voldoende is om die fiets weer rap genoeg onder dat zwaartepunt te krijgen voordat je nog verder valt (en tenslotte te ver). Ik zie niet wat dat met zijwind te maken heeft. Gewoon staand tegen een muur leunen kost óók energie. So what?
 
Verder verklaart dit ook niet de algemene waarneming dat een auto bij zijwind afdrijft zonder stuurcorrectie. Bij moderne auto's valt dat overigens reuze mee, ik weet nog wel van 40-50 jaar geleden dat een zijwindgevoeligheidstest een vast onderdeel was van de tests van nieuwe automodellen in "Wereld op wielen" met Fred van der Vlugt. Van dat fameuze programma kon ik niks terugvinden op internet, wel van een Duits broertje van dat programma:
 

 
kort na 9 minuten rijden ze langs een rijtje forse ventilatoren met een échte Kadett. 
snelheid 100 km/h, dwarswind ook 100 km/h, en dat ding gaat (zonder stuurcorrectie) over 32 m afstand bijna 4 m opzij. Er wordt in de nabespreking nog bij verteld dat dit niet best is, toch zeker niet voor een wagen met de motor voorin (boven de stuurwielen dus)
 
 

 
Dan is normaal de winddruk niet constant en moet telkens de hellingshoek worden aangepast.
 

dat klinkt plausibel, in zoverre als dat we dan vaker en heftiger zullen moeten corrigeren. Dat zou te simuleren moeten zijn door achterop de fiets in de breedte een pijp van een meter of zo te monteren waarin een gewicht van een kilogram of zo at random door een servomotor heen en weer getrokken wordt, dus van plaats verandert, en bovendien met variërende versnellingen.
 
Maar nog steeds slechts plausibel in de zin van dat fietsen met een onregelmatige zijwind dus iets meer energie gaat kosten dan zonder wind. Maar toch niet dat daarom een gewone windkracht 4 van opzij mij voelbaar kracht kost. Deze topic begon namelijk met:
 

Bij het fietsen heb ik geregeld de indruk dat ik zwaarder moet trappen bij een (loodrechte) zijwind.
 

 

1. Dat is NIET omdat je dan een tegenwindcomponent van je zijwind tegenkomt, want een wagon op rails heeft daar totaal geen last van.
2. Dat is NIET omdat een auto of fiets zijdelings afdrijft door glijdend rubber, want dan zou na een winderige dag het beeld van elk parkeerterrein hetzelfde zijn als van de vijver waarin de blaadjes allemaal naar één oever waaien. De Kadett uit het filmpje, geparkeerd voor die ventilatoren, gaat écht geen kant op, en 100 km/h is toch een serieuze wind.  
3. Dat ZOU kunnen komen omdat een auto of fiets door zijwind tóch een zijwaartse koersafwijking krijgt. Het waarom hiervan moet nog verklaard worden. Daarvoor corrigeren móet haast wel energie kosten.
4. Dat ZOU voor een (in mijn ogen bijzonder klein) deel kunnen komen door het uitvoeren van meer en heftiger stuurcorrecties bij een onregelmatige windsnelheid. Hoe krijgen we dat gekwantificeerd in relatie tot het vermogen dat fietsen kost bij windstilte?
5. Dat ZOU kunnen liggen aan verhoogde turbulentie rond de fiets en fietser, zeg maar het verpesten van de stroomlijn. Niet dat een fietser sowieso een geweldige stroomlijn heeft, maar tijdritfietsen in de wielrennerij worden niet voor niets uitgevoerd met spaakloze wielen (let wel, hier telt elke tiende seconde op een rit van 10 km).
6. Dat ZOU kunnen komen omdat de rolwrijving van een rubberband meer dan lineair toeneemt bij (al of niet zijdelingse) belasting.
7. Dat zou .... (sla ik nog wat over, of zijn er nog ideeën?).........

Eigenlijk lijkt mij punt 5, van Dommerik en Michel Uphoff, nog wel een van de betere kandidaten. Maar dan wel eerder voor auto's dan voor fietsers, want die laatsten hebben sowieso niet zo'n denderende stroomlijn, en iets wat al beroerd is kun je moeilijker significant beroerder maken.
 
Dit hele verhaal lijkt me een ideale start voor een profielwerkstuk (hinthint).