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21. April 2015 | M.Sc. Met. Stefan Bach

Radfahrerwetter, Teil 2

Vorgestern konnten Sie beim "Radfahrerwetter, Teil 1" darüber lesen, dass Radfahren bei kalten Temperaturen anstrengender ist als bei warmen. Heute soll der Einfluss des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes beleuchtet werden.

Radfahren: Im Sommer einfacher als im Winter
Radfahren: Im Sommer einfacher als im Winter


Um es vorwegzunehmen: Je mehr Wasserdampf bei konstantem Druck und
konstanter Temperatur in der Luft vorhanden ist, desto geringer ist
die Dichte der Luft und somit auch der Luftwiderstand.

Begründen lässt sich dies über die Zustandsgleichung für ideale Gase,
die wir bereits im Teil 1 kennengelernt haben:

rho = p/(T·R)

Dort wurde auch erwähnt, dass die Gaskonstante R eigentlich gar keine
"richtige" Konstante ist, da sie Eigenschaften des betrachteten Gases
- explizit von der molaren Masse M - abhängt. Die molaren Massen von
trockener und feuchter Luft sind voneinander verschieden. Weil
Wassermoleküle leichter sind als die mittlere molare Masse trockener
Luft, sinkt die molare Masse des Gemisches aus trockener Luft und
Wasserdampf (feuchte Luft) mit steigendem Wasserdampfanteil. R wird
dabei größer, je mehr Wasserdampf in der Luft enthalten ist. Und da
es in obiger Gleichung im Nenner steht, wird somit die Dichte bei
konstantem Druck p und konstanter Temperatur T kleiner.

Diejenige Masse an Wasserdampf, die sich in einer bestimmten Menge
feuchter Luft befindet, wird spezifische Luftfeuchte q genannt. Über
das Verhältnis der molaren Massen von feuchter und trockener Luft
(=0,622) erhält man eine Modifikation der obigen Zustandsgleichung,
wobei Rd die Gaskonstante trockener Luft (287 J /(kg · K)) ist:

rho = p/(Rd · (1 + 0,622q) T)

In der Nähe der Erdoberfläche variiert q in der Praxis meist zwischen
0 (trockene Luft) und etwa 0,01. Besitzt die spezifische Feuchte eben
diesen Wert von 0,01 (Druck 1013 hPa, Temperatur 25 °C, relative
Feuchte ca. 51 %), sind die Dichte der Luft und somit auch der
Windwiderstand etwa 0,6 % geringer.

Fährt man mit 20 bis 30 km/h, so entspricht dies einer
Geschwindigkeitssteigerung zwischen 0,1 und 0,2 km/h. Davon wird man
also wohl kaum etwas merken - höchstens auf dem Fahrradcomputer.
Zudem hängt unser persönliches Empfinden feuchter Luft mit der
relativen und nicht mit der absoluten Feuchtigkeit zusammen, von der
letztendlich der Luftwiderstand abhängt. So kann die relative
Luftfeuchtigkeit durchaus 100 % betragen und sich die Luft richtig
feucht anfühlen, aber bei kalten Temperaturen ist trotzdem absolut
gesehen wenig Feuchtigkeit in der Luft enthalten. Das merkt man
beispielsweise im Winter, wenn kalte Luft in Innenräume hereinkommt
und sich dort erwärmt. Dann ändert sich an der absoluten Feuchtigkeit
nichts (es sei denn, man befeuchtet die Luft künstlich), aber die
anfangs hohe relative Feuchtigkeit sinkt und wir empfinden die
Innenluft als trocken.
Umgekehrt kann man auch schließen, dass Luft mit steigender
Temperatur wesentlich mehr Wasserdampf beinhalten und somit eine
höhere absolute Feuchtigkeit aufweisen kann.

Wasserdampf in der Luft verstärkt den Effekt der Temperatur auf die
"Radfahr-Geschwindigkeit" somit zusätzlich. Warme Luft an sich senkt
schon den Widerstand, und da sie mehr Wasserdampf enthalten kann,
wird dieser Widerstand noch weiter begünstigt. Umgekehrt kann man
festhalten: Das Radfahren geht umso schwerer, je kälter und trockener
die Luft ist.



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