Vores læser Kim Andreasen har spurgt:
Jeg cykler året rundt og mener at kunne konstatere, at en modvind er temmelig meget mere generende om vinteren end om sommeren. Er det også sådan?
Hvis ja, er det mon (kun) luftens højere vægtfylde om vinteren, som gør forskellen?
Måske kan en lille del forklares ved større mekanisk modstand i cyklens transmission, men det er nok ikke så meget.
Kan man sige noget om, at f.eks. en vindstyrke på v1 m/s ved 0 grader svarer til en vindstyrke på v2 m/s ved 20 grader?
Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor reagerer lyskrydset på min bil, men ikke på min motorcykel?
Henrik Vedel
Jeg er selv cykelnørd og cykler langt til arbejde hver dag, så jeg har oplevet nogle af de samme ting, som du har. Og vi har også kigget på det her på DMI.
Det første, man skal se på, er luftmodstanden, og den afhænger af tre ting:
- Aerodynamik.
- Den relative vind – hvilket er den hastighed, som vinden i cykelretningen har i forhold til en selv. Er det helt vindstille, svarer den relative vind til ens egen hastighed. Modstanden afhænger af kvadratet på den relative vind.
- Luftens massefylde. Luftmodstanden stiger lineært med massefylden.
Læs også: Spørg Fagfolket: Bruger man kunstig intelligens til vejrudsigten?
Sådan ser formlen ud
Massefylden afhænger igen af tre forskellige meteorologiske variable:
- Trykket
- Temperaturen
- Luftfugtighed
Sammenhængen er beskrevet i tilstandsligningen for atmosfærisk luft
[latex] \rho = p/(R_d (1 + 0,622 q) T) [/latex]
Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor er der issøjler i fuglebadet?
Massefyldes øges med trykket
I den formel er rho massefylden, p er lufttrykket, og T er temperaturen (i Kelvin).
q er den specifikke luftfugtighed, som er den brøkdel af luftens totale masse, som udgøres af vanddamp. q varierer, men er altid et lille tal, i Danmark mellem
0 og 0,01 nær jordoverfladen.
Af formlen ses, at massefylden øges, når trykket øges. Dvs. større tryk medfører øget luftmodstand. Trykket varierer som bekendt. Vi oplever højtryk og lavtryk, men der er ikke en systematisk årstidsvariation i trykket.
I ligningen divideres med T, dvs. når T bliver større, bliver massefylden mindre. Større temperatur fører dermed til mindre vindmodstand, og der er en velkendt årstidsbestemt variation i normaltemperaturen. En stigning fra 0 til 20 grader Celsius, svarer til ca. 7% mindre luftmodstand.
Det ses også, at større q fører til mindre massefylde. q er størst om sommeren, fordi varm luft kan indeholde langt mere fugtighed end kølig luft, ligesom højere temperatur fører til øget fordampning.
Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan bliver DMI’s tørkeindeks beregnet?
Aerodynamik meget vigtig
q = 0,01 i stedet for q = 0, betyder ca. 0,7% mindre luftmodstand. (Bemærk, at de fleste målinger af fugtighed, og vores egen oplevelse af den, angår relativ luftfugtighed. Det er noget andet. Relativ fugtighed kan være høj i kulde, men andelen af vanddamp i luften, udtrykt ved q, vil altid være meget lille, når det er koldt.)
Blot en lille ændring i den relative hastighed fører til store ændringer i luftmodstanden. Som nævnt svarede 20 graders temperaturfald til 7% mere luftmodstand. Men var den relative vind 30 km/t, svarer de 7% til et fald på kun 1 km/t ved brug af de samme kræfter - dvs. fra 30 til 29 km/t over asfalten, hvis det er vindstille.
Hvad angår vindmodstanden, er ens aerodynamik meget vigtig. Der er ikke en simpel formel for den, men den kan variere ganske voldsomt.
Overordnet bliver den dårligere, dvs. mere luftmodstand, desto større ens tværsnit er i forhold til den relative vind, og desto mindre strømlinet ens tøj og cykel er. I ovenstående beregninger er der ikke taget højde for det.
I praksis har man mere tøj på når det er koldt eller regnfuldt. Det gør ens tværsnit større, og man skal skubbe mere luft til side. Oven i er det ekstra tøj typisk noget som folder, så der er mere friktion mellem tøjet og luften. Hvis tøjet ligefrem blafrer, giver det ekstra modstand oven i resten.
Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor bliver sne tungere, når den smelter?
Tænk over dit cykeltøj
Der er ingen tvivl om, at en vinterpåklædt cyklist har betydeligt dårligere aerodynamik end en sommercyklist. (Moderne vintercykeltøj kan anbefales, når det er koldt, man fylder mindre end i alm. tøj og er mere strømlinet.)
Aerodynamikken afhænger kraftigt af ens siddestilling. Det vil føre for vidt at gå i detaljer med det. Den korte besked er, at det hjælper at læne sig forover (som på en racercykel). Og at armene ikke samler ekstra luft, fordi de rager ud til siderne, dvs. god afstand forud til styret og en relativt smal håndstilling.
Indtil nu har vi kun talt om vindmodstanden, men som du selv er inde på, så kan der også være nogle andre ting som har en betydning. Der er friktion i kuglelejer og pedaler, rullemodstand mellem hjul og vej, etc.
Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan måler man klodens gennemsnitstemperatur?
Vindmodstand dominerende ved høj fart
Cykler man over 30 km/t, er vindmodstanden dog dominerende. Cykler man betydeligt langsommere, vil andre modstande end vindmodstand være relativt vigtigere.
Vindmodstanden reduceres kraftigt, hvis man lægger sig på læ lige bagved en anden cyklist, det gør de andre modstande ikke. Typisk ser man, at folk begynder at lægge sig på hjul, når farten kommer op over 30 km/t.
Ved 40 km/t er luftmodstanden fuldstændigt dominerende, og der er enorm forskel i muskelbelastning på at være den forreste cykelrytter og dem i rækken efter ham (m/k).
