Din cykel er hurtigst i fugtig luft
Vandmolekyler i luften øger din hastighed på cyklen. Her kan du læse hvorfor og hvor meget.
På dmi.dk har vi tidligere fortalt, hvorfor faldende temperatur øger vindmodstanden for f.eks. en cyklist. Det gjorde vi i artiklen Kold luft gør cyklen tung fra december 2010.
Som opfølgning på det har vi nu modtaget et beslægtet spørgsmål:
Hvad sker der med luftmodstanden i fugtig luft i forhold til tør luft? Er der nævneværdig forskel på at cykle i fugtig luft i forhold til tør luft - f.eks. en tåget morgen i forhold til en tør eftermiddag, hvis man forestiller sig samme temperatur?
Let vanddamp sænker massefylden
Det korte svar er, at mere vanddamp, ved konstant tryk og temperatur, sænker massefylden af luften. Derved sænkes luftmodstanden.
Det kan anskueliggøres ved at se på tilstandsligningen, som beskriver sammenhængen mellem trykket (p), massefylden (ρ) og temperaturen (T),
p = ρ R T
R kaldes gaskonstanten. Den afhænger af middelmolekylvægten af luftens molekyler, således at R = R*/m, hvor m er middelmolekylvægten af luften, og R* er den universelle gaskonstant, som er 8314,3 J/(kilomol K).
Da vandmolekyler er lettere end middelmolekylvægten for de 'tørre' molekyler (dvs. alle de resterende molekyler), sænkes middelmolekylvægten når andelen af vanddamp stiger. Dermed bliver R større. For fast T og p bliver ρ dermed mindre.
R for helt tør luft kalder vi R_d. Den er 287,08 J/(kg K). Den brøkdel af luftens masse som udgøres af vanddamp kaldes den specifikke fugtighed (q). Ved hjælp af de to, forholdet mellem molekylvægtene for vanddamp og tør luft (0,622) samt tilstandsligningen, finder vi,
ρ= p/(R_d (1 + 0,622 q) T)
Nær jordoverfladen varierer q i praksis mellem 0 og ca. 0,01 her i Danmark. En q = 0,01 svarer til en reduktion på ca. 0,7% i densiteten, hvilket giver en tilsvarende reduktion i vindmodstanden. Kører man 30-40 km/t, svarer det en ændring på 0,2-0,3 km/t. Det lyder af lidt, men er i sig selv nok til at man som erfaren cykelrytter bemærker det - eller i al fald registrerer det på cykelcomputeren.
| Absolut og relativ fugtighed |
|---|
| Den absolutte luftfugtighed er mængden af vandmolekyler i en bestemt mængde luft. |
| Den relative luftfugtighed er forholdet mellem hvor mange vanddampmolekyler der rent faktisk er i luften, i forhold til hvor mange der maksimalt kan være ved den pågældende temperatur. |
Vi mærker forkert
Det er dog usandsynligt, at cykelryttere sammenknytter de små variationer i hastighed med luftfugtigheden. Det skyldes, at vores opfattelse af luftens fugtighed i det fleste tilfælde hænger sammen med den relative luftfugtighed og ikke med den absolutte, som styrer luftmodstanden. Den relative luftfugtighed kan sagtens være 100% og luften føles fugtig, selv om den absolutte fugtighed er meget lille.
Luften kan indeholde meget mere vanddamp og altså have en meget højere absolut fugtighed, når temperaturen stiger. Figuren ovenfor til højre viser sammenhængen mellem den maksimalt mulige absolutte fugtighed og temperaturen. Hertil et par dagligdags eksempler:
Om vinteren er luftens absolutte fugtighed udendørs lav, mens den relative fugtighed ikke er lavere end resten af året. Når den kolde vinterluft kommer ind i vores boliger og varmes op, har den stadig samme absolutte fugtighed som udendørs, men den relative fugtighed er meget mindre. Resultatet er, at vi oplever luften indendørs som tør.
Tilsvarende kan det været tåget en morgen. I tåge er den relative luftfugtighed 100%. Op af dagen får Solen temperaturen til at stige, og tågen fordamper. Derved øges den absolutte fugtighed en lille smule, fordi skydråberne i tågen fordamper, men den relative luftfugtighed sænkes markant. Vi oplever det som om luften er blevet mere tør. Men der er faktisk sket det modsatte, hvis vi kigger på antallet af vandmolekyler og dermed deres effekt på vindmodstanden.
Vand på flydende form
Lad os til slut nævne, at tåge og regn ikke indgår i tilstandsligningen ovenfor. Den angår gasser. Tåge og regn er vand i flydende form.
Tilstedeværelsen af tåge øger modstanden lidt. Mængden af vand i tågepartiklerne er dog kun ca. 0,1 til 0,5 gram per kilo luft. Det vil sige, luften vejer 2.000 til 10.000 gange mere end tågen. Så selv om friktionen fra tågepartiklerne er højere end fra luftpartiklerne, er den ekstra vindmodstand herfra næppe mærkbar.
Forstærker temperatureffekten
Effekten af vanddamp forstærker altså den effekt, temperaturen allerede har på den hastighed du cykler med ved en given belastning. Varm luft alene sænker vindmodstanden, og det normalt meget højere indhold af vanddamp i den varme luft sænker vindmodstanden yderligere.
Omvendt er cyklen endnu tungere at træde i den kolde, fugtforladte vinterluft. Suk…
21. februar 2013.
