Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

[Stefan_Schumacher]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

So,

ich gebe erst einmal auf, zu viele Fragen auf einmal und zu wenig Zeit.

1. Ich kann nicht beweisen, dass bei gleicher Drehgeschwindigkeit, Piloten mit unterschiedlichem Gewicht, unterschiedlich ausgelenkt werden.
2. Die Drehachse geht nicht senkrecht von vorne nach hinten durch den Schirm, sondern eher von "weiter unterhalb der Vorderkante bis näher an die Hinterkante" und dann auch noch "von weiter rechts vorne nach weiter links hinten" oder umgekehrt, je nach Drehrichtung.

Nun schwirrte dieses neue G-Wegmach von Ozone über den Monitor, und veranschaulicht auf einer Zeichnung hohe Drehgeschwindigkeit ohne und langsame Drehgeschwindigkeit mit G-Wegmach. Bedeutet nun also, höherer Widerstand, langsamere Drehgeschwindigkeit.
Das bestätigt eine Annahme, wirft aber wieder Fragen auf.

Mühsam ernährt sich das Eichhörnchen. Kommt Zeit, kommt mehr. ;-)

Bis neulich
Stefan

[shoulders]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Lenken die leichten Tischtennisbälle genausoweit aus, wie die schweren Eisenkugeln bei der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit?

Seufz - das hatten wir doch schon. Ja, sie lenken gleich weit aus. Aber es braucht mehr Energiezufuhr, um die Achse mit den schwereren Kugeln dran gleich schnell wie die mit den Tischtenisbällen zu drehen. Und sobald irgendwas (beispielsweise der Luftwiderstand) die Kugeln bzw. die Rotation wieder abbremst, schnurzegal wie sehr, muss wieder Energie zugeführt werden, um die ursprüngliche Auslenkung wiederherzustellen. Selbstverständlich wieder mehr für die Eisenkugeln als für die Tischtennisbälle.

Mit anderen Worten: das System mit den Eisenkugeln braucht woanders als im luftleeren Raum ständig mehr Energiezufuhr als das mit den Tischtennisbällen, um in gleicher Geschwindigkeit und mit der gleichen Auslenkung zu rotieren. Da hilft es auch nix, dass die Eisenkugel beim Herunterfallen mehr potentielle Energie als die Tischtennisbälle in kinetische umwandeln kann - denn besagtes Herunterfallen hat nur indirekt und keineswegs linear mit der Erzeugung der Rotationsenergie zu tun; es geht ja auch in eine andere Richtung.

Bei gleicher Energiezufuhr rotieren die Eisenkugeln also langsamer und werden weniger ausgelenkt. Für die gleiche Rotation muss dem System mit den Eisenkugeln mehr Energie zugeführt werden (die Rotationsenergie hängt direkt mit der Massenträgheit zusammen; vgl. früherer Link). Deshalb rotiert der schwerere Pilot langsamer. Macht es doch nicht so kompliziert


CU
Shoulders

[pipo]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Hallo Shoulders,

Seufz - das hatten wir doch schon. Ja, sie lenken gleich weit aus. Aber es braucht mehr Energiezufuhr, um die Achse mit den schwereren Kugeln dran gleich schnell wie die mit den Tischtenisbällen zu drehen.
[...]
Mit anderen Worten: das System mit den Eisenkugeln braucht woanders als im luftleeren Raum ständig mehr Energiezufuhr als das mit den Tischtennisbällen, um in gleicher Geschwindigkeit und mit der gleichen Auslenkung zu rotieren.

Das sind jetzt wirklich ganz triviale Physik Basics:
Wenn die Eisenkugeln den selben Durchmesser haben wie die Tischtennisbälle und wenn die Oberflächenbeschaffenheit die selbe ist, dann muss dem System mit den Eisenkugeln selbstverständlich die selbe Energie zugeführt werden, wie dem System mit den Tischtennisbällen. (Um beide Systeme mit der selben Geschwindigkeit rotieren zu lassen.)

Dem Luftwiderstand ist die Masse der Kugeln egal und deshalb werden die Eisenkugeln mit der selben Kraft abgebremst, wie die Tischtennisbälle. Dem entsprechend ist auch die Verlustleistung die selbe.

Es muss also wie gesagt bei beiden Systemen die selbe Leistung zugeführt werden, damit die Rotationsgeschwindigkeit konstant bleibt. Wie sollte es auch anders sein??

vG!

P.

[shoulders]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Wenn die Eisenkugeln den selben Durchmesser haben wie die Tischtennisbälle und wenn die Oberflächenbeschaffenheit die selbe ist, dann muss dem System mit den Eisenkugeln selbstverständlich die selbe Energie zugeführt werden, wie dem System mit den Tischtennisbällen. (Um beide Systeme mit der selben Geschwindigkeit rotieren zu lassen.)
Dem Luftwiderstand ist die Masse der Kugeln egal und deshalb werden die Eisenkugeln mit der selben Kraft abgebremst, wie die Tischtennisbälle. Dem entsprechend ist auch die Verlustleistung die selbe.

Dem Luftwiderstand ist die Masse in der Tat egal. Der Gravitation nicht. Wie man leicht im Experiment feststellen kann, rotiert ein Pendel, dem keine Drehenergie mehr zugeführt wird, auf einer immer kleineren Kreisbahn, wobei der Winkel des Pendelseils zur Drehachse immer kleiner wird. Ebenfalls trivial zu überprüfen ist, dass man eine größeren Masse, die man an einer gleich langen Schnur wie eine geringere annähernd waagerecht kreisen lassen will, permanent mit mehr Energieaufwand "nachdrehen" muss, um die Rotationsebene zu erhalten.

Das ist auch erklärbar. Die Rotation als solche wird durch den Luftwiderstand abgebremst, der von der Masse unabhängig ist. Aber auf einen um die parallel zur Gravitationsrichtung liegende Hochachse rotierenden Körper wirkt eben auch noch die zu dessen Masse proportionale Schwerkraft, die ihn aus der Rotationsebene zieht; weil er an einer Schnur hängt, ist diese irgendwann parallel zur Drehachse ausgerichtet (bzw. sogar deckungsgleich mit ihr). Ohne Luftwiderstand wird er sich zwar weiter um die Hochachse drehen, aber es wirkt keine Zentrifugalkraft mehr auf seinen Schwerpunkt. Die Spirale ist vorbei.

Ein schwererer Körper braucht also mehr Energie, um gegen die Schwerkraft in die gleiche Rotationsebene wie ein leichter gebracht zu werden - und er braucht auch mehr, um in dieser gehalten werden zu können. Also wird die Steilspirale für den schwereren Piloten zumindest unter Vernachlässigung aerodynamischer Effekte, Schirmgeometrie und -verformung tatsächlich moderater, sofern er ihr die gleiche Rotationsenergie zugeführt hat.

Dieser Teil ist falsch. Mein Denkfehler war, dass beim Experiment mit den Eisenkugeln und Tischtennisbällen der Drehpunkt im Raum fixiert ist (da wo halt einer die Schnur fest hält). Da stimmen die Betrachtungen zum Einfluß von Masse und Schwerkraft. In der Steilspirale wandert der Drehpunkt aber mit nach unten, und damit fällt der "auslenkende" Einfluss der Schwerkraft weg.

CU
Shoulders

[Stefan_Schumacher]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Danke für Euren Input!

@shoulders
Ich versuche es nicht komplizierter zu machen, als es ist, ich versuche, das sehr Komplizierte in Einzelteile zu zerlegen, die Einzelteile dann richtig zu verstehen, um nachher etwas ganz einfach zusammensetzen zu können.

Durch konstruktives Streiten finden wir die Lösung schon.

Gut, das Pendel wird mehr abgebremst bei schwerem Piloten, da die Kraft Pilot mal Erdbeschleunigung stärker nach unten zieht und der Luftwiderstand gleich ist bei gleicher Geschwindigkeit. Dazu schau ich mir noch einmal etwas an, was ich als Energieerhaltungssatz irgendwo im Gedächtnis habe.
!Edit!
Inwiefern das für uns relevant ist, müssen wir noch ausarbeiten, da mehr potentielle Energie durch den schwereren Piloten zur Verfügung steht. In dem Fall spielt eventuell auch die Massenträgheit mit ein.
!Edit Ende!

Um es wieder komplizierter zu machen, frage ich aber noch mehr, sorry!

Wir haben es nicht mit einem klassischen Pendel zu tun, sondern da zieht auch noch irgendetwas "hinter dem Aufhängepunkt/Drehachse, das ist der Schirm mit einem Teil der Leinen "oberhalb" der Drehachse.
Das System rotiert um eine Achse, das heißt, dass sich die horizontalen Kräfte, die auf den verschiedenen Seiten wirken, ausgleichen müssen, sonst würde das System ja nicht rotieren.
Habe ich jetzt an der einen Seite aber zwei verschiedene Möglichkeiten, einmal leichter Pilot, einmal schwerer Pilot, muss sich doch die Drehachse verschieben, sonst kann das Gleichgewicht nicht weiter bestehen.
Also verändert sich auch das Ergebnis aus der Formel, weil der Radius r einen anderen Wert annimmt, oder?

Wohin verschiebt sich denn die Drehachse bei leicht oder schwer?

Wenn wir das alles beantwortet haben, könnte es sein, dass wir schon 10% vom Gesamtproblem gelöst haben.

So long
Stefan

PS: Sorry, ich hatte nur ein halbes Jahr Physik in meiner Schullaufbahn. An der Uni hab ich soviel in kurzer Zeit gelernt, dass ich alles wieder vergessen habe. ;-)

[pipo]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Hi,

Das ist auch erklärbar. Die Rotation als solche wird durch den Luftwiderstand abgebremst, der von der Masse unabhängig ist. Aber auf einen um die parallel zur Gravitationsrichtung liegende Hochachse rotierenden Körper wirkt eben auch noch die zu dessen Masse proportionale Schwerkraft, die ihn aus der Rotationsebene zieht; weil er an einer Schnur hängt, ist diese irgendwann parallel zur Drehachse ausgerichtet (bzw. sogar deckungsgleich mit ihr). Ohne Luftwiderstand wird er sich zwar weiter um die Hochachse drehen, aber es wirkt keine Zentrifugalkraft mehr auf seinen Schwerpunkt. Die Spirale ist vorbei.

du hast da ein paar ganz simple Mechanik Grundsätze nicht verstanden.
Ohne Luftwiderstand (und ohne sonstige Reibungswiderstände) würde sowohl das System mit den Eisenkugeln, als auch das System mit den Tischtennisbällen ewig mit der selben Rotationsgeschwindigkeit und natürlich auch mit der selben Auslenkung gegenüber der Senkrechten rotieren. Da braucht's keine Energiezufuhr.
Mit Luftwiderstand werden wie vorher erklärt, beide Systeme mit der selben Leistung verlangsamt. Es braucht also dem entsprechend die gleiche Leistungszufuhr, um das System am Laufen zu halten.



Sorry, mit diesem Physik Verständnis seitenlang über die mechanischen Zusammenhänge in der Steilspirale zu schreiben, ist genau so wenig sinnvoll, wie lang und breit über die beste Ausleitungsmethode zu posten, wenn man selbst keine Spirale fliegen kann.

vG

P.

[JHG]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Das ist halt der Grund, warum JHG oft vollkommen andere Vorstellungen hat, als manch anderer. In seinem Geist gibt es keine 2D-Leinwand, da gibt es ein mindestens 4D-Raum-Zeit-Gefüge. Da ist es für "normale" Menschen manchmal schwer, mitzuhalten.

Stefan

Danke für die Blumen und natürlich auch für deine wegweisenden Erkenntnisse in diesem Thread wie die mittlere Erdbeschleunigung ist nicht gleich 10 N sondern 9,81 N ...

[JHG]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

[QUOTE=shoulders;323417]

Ein schwererer Körper braucht also mehr Energie, um gegen die Schwerkraft in die gleiche Rotationsebene wie ein leichter gebracht zu werden

soweit sind sich glaube ich alle einig

- und er braucht auch mehr, um in dieser gehalten werden zu können.

ab da scheiden sich die Geister und da bin ich Pipos Meinung. Wenn eine gewisse Auslenkung einmal erreicht ist muss nur noch jene Leistung ersetzt werden die durch den Lufwiderstand verbraten wird.

Also wird die Steilspirale für den schwereren Piloten zumindest unter Vernachlässigung aerodynamischer Effekte, Schirmgeometrie und -verformung tatsächlich moderater, sofern er ihr die gleiche Rotationsenergie zugeführt hat.

Ja aber zum 5 mal oder so, der schwerere Pilot hat mehr Energie zur Verfügung und kann deshalb auch mehr Rotationsenergie zuführen und aerodynamische Effekte kannst du hier nicht vernachlässigen.

Nehmen wir einmal an die beiden Piloten hätten schon die gleiche Sinkrate u. Drehrate (ohne vorerst zu berücksichtigen wie es dazu gekommen ist) . Der schwerere Pilot ist 10 % schwerer würde demnach dem System 10% mehr Leistung zuführen. Um die gleiche Drehrate und Sinkgrate zu halten müsste er also um 10% mehr Luftwiderstand haben sonst würde er ja weiter beschleunigen. Wenn wir aber annhemen dass das Zusatzgewicht als Ballast aerodynamisch günstig verstaut ist und kein Zusatzluftwiderstand generiert wird dann muss der schwerere Pilot weiter beschleunigen was aber eine Erhöhung der der Dreh un Sinkrate und somit auch eine Erhhöhung der zugeführten Leistung bedeutet. Da aber sowohl kinetische Energie als auch Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigen, die zugeführte Leistung aber nur linear mit der Sinkrate wird sich irgendwann wieder ein Gleichgewicht einstellen, allerdings bei höherer Geschwindigkeit und höherer Sink- und Drehrate. All das bedeutet aber größere Auslenkung, mehr Zentrifugalkraft und mehr G für den schwereren Piloten.

Denkt man sich nun diese anfänglich gleiche Sink- und Drehrate schon bei großen Kreisen scheint es mir logisch, dass der schwerere Pilot immer die Nase vorne haben wird / haben muss. Tatsächlich ist es ja so dass der "überladene" Schirm von vorneherein ein größeres Sinken und natürlich auch größeres Kurvensinken hat, sonst wären bei schwachen Bedingungen ja die Speed- und Akrokisten unschlagbar im Kurbeln.

Ich glaube also fest daran dass der schwere Pilot stärker sinken und eine höhere Drehrate und somit höhere G haben wird, sofern er seinen Luftwiderstand nicht in unnatürlicher Weise (Anti G oder Flatteroverall) erhöht.

[SATurn]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Ich glaube also fest daran dass der schwere Pilot stärker sinken und eine höhere Drehrate und somit höhere G haben wird...

Kann man leicht selbst überprüfen, sofern man das selbe Schirmmodell in unterschiedlichen Größen zur Verfügung hat.

[Stefan_Schumacher]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Danke für die Blumen und natürlich auch für deine wegweisenden Erkenntnisse in diesem Thread wie die mittlere Erdbeschleunigung ist nicht gleich 10 N sondern 9,81 N ...

Ich brachte nicht die wegweisende Erkenntnis, die Du oben unrichtig behauptest.

Dann wiederhole ich mich noch einmal mit vereinfachten Werten.

1 G =(ungefähr) 10 m/s*s
10 N = 10 N

10 N ungleich 10 m/s*s

Ich kann mich hier natürlich irren, aber ich dachte immer, das eine wäre eine Kraft und das andere eine Beschleunigung.

Ich hoffe, das hilft uns beiden, auf einen Nenner zu kommen. :-)

So short
Stefan

[Stefan_Schumacher]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Danke Sepp für den letzten Beitrag, da kann ich wieder etwas lernen.

Da Du da schon so einiges verstehst, würdest Du mit mir übereinstimmen, dass sich die Drehachse bei unterschiedlichem Gewicht verschiebt. Ich rätsel gerade daran herum, welchen Einfluss das haben kann, komme aber noch nicht auf ein niederschreibbares Ergebnis.

Danke
Stefan

[Stefan_Schumacher]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Noch etwas:

Nach meiner Überlegung geht die Drehachse bei leichtem Pilot vom Piloten weg, bei schwerem Piloten liegt sie näher am Piloten.

Um nun die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit (in rad/s) zu erreichen, muss der leichtere Pilot schneller (in km/h) um die Achse drehen.

Kann es sein, dass man ab einem bestimmten niedrigen Pilotengewicht garnicht mehr spiralen kann, weil nicht genug Energie aufgebracht werden kann, um den Drehwiderstand des Schirms zu überwinden, bei High Arc später als bei flachen Schirmen?

Freue mich über jede erhellende Antwort.
Stefan

[Stefan_Schumacher]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Servus Pipo,

habt Ihr vielleicht irgendwo Zahlen, wie hoch der Auftrieb eines Schirms bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ist? Kann das Konstruktionsprogramm das für ein Profil errechnen?

Nach meinem Empfinden hätte ein LTF A-Schirm mit dickem Profil in einer Spirale mit gleicher Vertikalgeschwindigkeit mehr Auftrieb als ein Hochleister mit flachem Profil. Damit würde sich die Drehachse mit steigender Geschwindigkeit verschieben.

Und wieder ausm Haus
Stefan

[JHG]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

@ Saturn,

einfach einen Goldbarren kaufen (is eh empfohlen derzeit) und ins Ballastfach vom I3 unbd schon kannst mit dem gleichen Schirm zur praktischen Überprüfung antreten.

@ Stefan

OK dann entschuldige ich mich: N = kg*m/s² <> m/s², das eine Kraft, das andere Beschleunigung, für eine Masse von 1 kg betragsmäßig auch ident, an der Aussage meiner Beispielrechnung ändert das aber noch immer nichts und bisher waren auch noch keiner dabei der es ernsthaft widerlegen wollte.

Außer den Versuch es ins Lächerliche zu ziehen bzw. den genialen Aussagen "seh ich doch dass es nicht so ist" kam eigentlich nichts.

Edit - zur Drehachse: Da bin ich mir eben auch nicht im Klaren. Fest steht dass die Position der Drehachse sich im Wandel von Kurve zu Spirale verändert. Und zwar wandert sie nicht nur näher zum Piloten sondern sie ändert auch ihre Lage zum Flugerät.Ist eben wirklich nicht 2D. Das Gewicht wird dabei wohl mit eine Rolle spielen, aber eher untergeordnet solange man nicht Extremwerte hernimmt. Dass ein Schirm zB. nur mit Gurtzeug belastet gar nicht mehr in die Spirale gehen könnte kann ich mir aber durchaus vorstellen.

[JHG]

AW: Wie wirkt sich Übergewicht auf die Steilspiralen-Eigenschaften aus

Kam mir am WE auch:

Bekanntlich steigt ja die Geschwindigkeit mit der Wurzel des Gewichts. Nehmen wir alos an System A mit einer Masse von 80 kg und 10 m/s Bahngeschwingkeit sowie ein System B mit 100kg (25% mehr Masse) beide im stationärem Geradeausflug.

Daraus ergibt sich dass System B um rd. 11% schneller als System A ist.

Richtig interessant wird es jetzt allerdings bei der kinetsichen Energie (mv²/2) Da kommt System A auf 4000 J und System B auf 6250 J also um ca. 56% mehr (nicht 25% wie man leicht annehmen könnte) . Würde man diese kinetische Energie zu 100% in Lageenergie zurückverwandeln steigt System A um 5 Meter und System B um 6,25 meter. Das bedeutet der schwere Pilot hat aufgrund der höheren Geschwindigkeit "überproportional" mehr Energie zur Verfügung und hat es somit leichter relativ zum Schirm höher zu steigen als der leichtere.

Ein Blick in die Praxis ziegt dass dynamische Figuren mit hohen Luftständen relativ zu Schirm (Tumbling, Loop,...) mit kleinen Flügeln und hoher Flächenbelastung geflogen weden, weil es da einfacher ist die notwendige Energie aufzubauen. André Bucher musste vor 20 Jahren mit den damals vergleichsweise riesigen Schirmen erst satt assymetrisch spiralen um die notwenge Energie aufbauen zu können.

Man kann also davon ausgehen dass der schwere Pilot früher in die Spirale kippt, höhere Sink- und Drehraten erreicht, somit auch mehr G-Belastung erfährt und somit auch schneller in eine mögliche stabile Spirale kommt.