Tempomacher im Laufsport: So groß ist der Windschatteneffekt

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Spätestens mit dem Versuch, die Marathon-Weltbestmarke auf der Formel 1-Strecke in Monza, bei extrem kontrollierten Rahmenbedingungen, unter 2 Stunden zu drücken (alles zum Projekt Sub 2 hours, alles zum Rekordlauf in Italien selbst), wurden einige altbekannte sportwissenschaftliche Fragen wiederentdeckt:

Dabei geht es erst einmal nicht um den sportphilosophischen Einwurf, ob ein derartiger Rekordversuch überhaupt einen sportlichen Wert haben kann. Es geht auch nicht um die sportökonomische Frage, ob es sich um eine gelungene Marketingaktion oder eine aberwitzige und unsympathische Optimierungsorgie handelte.

Fakt ist: Eluid Kipchoge ist den Marathon in 2:00:25 gelaufen. Unter den (mutmaßlich) besten Bedingungen, die je ein Läufer vorgefunden hat. Mit 6 rollierenden Tempomachern, 2 weiteren Mitstreitern, einem Tesla als Taktgeber und Windschutz, den schnellsten Laufschuhen auf dem Erdball (so trommelte es jedenfalls Sponsor Nike), einem flachen und kurvenarmen Laufkurs, guten Wetterbedingungen, Spezialverpflegung, trainingswissenschaftlicher Betreuung auf Weltniveau. Die Dopingfrage sei hier mangels Nachweisbarkeit außen vor gelassen.

Die Fachwelt fragt sich nun: Wie groß ist der Einfluß der einzelnen Variablen? Und wie ist Kipchoges Nettoleistung einzuschätzen? Welche Leistung hätte Kipchoge in einem normalen Straßenrennen, wie dem Berlin-Marathon, erbracht? Besonders der Windschutz in Gestalt von 6 Tempoläufern samt Tesla-Zeitanzeigen-Kombi fällt buchstäblich ins Auge und wirft die Frage auf, welcher läuferischer Vorteil daraus entsteht:

Kipchoge mit 6 Tempomachern, 2 Mitstreitern und einem Tesla samt überdimensionierter Zeitanzeige (Quelle: https://www.tagesschau.de/multimedia/bilder/kipchoge-107~_v-videowebl.jpg)

Hans van Dijk und Ron van Megen geben hierzu eine Einschätzung, indem sie das Resultat Kipchoges in das Läufer-Leistungsmodell einfließen lassen und den Effekt der Tempomacher bzw. des Tesla-Schutzschildes berechnen:

  • Kipchoge wiegt etwa 57 kg. Seine physikalische Laufleistung wurde nicht direkt erhoben. Ausgehend von den derzeitigen Weltrekorden und dem nachgewiesenen Leistungspotenzials Kipchoges, kann man davon ausgehen, dass seine 1-Stunden-Leistung (FTP) im Bereich 6,35 W / kg liegt. Bei der Marathon-Laufgeschwindigkeit von 5,84 m/s ergibt sich: Laufeffizienz (ECOR = Energy Cost of Running) = 6,35 W / kg geteilt durch 5,84 m/s = 1,087 kJ / kg / km. Das entspricht einer Laufökonomie (RE) von 223 ml O2 / kg / km. Dieser Wert ist nicht außergewöhnlich hoch, für einen Weltklasseläufer jedoch nicht niedrig. Ggf. liegt Kipchoges “echte” Leistung etwas unter den angenommenen 6,35 W / kg.
  • Die Laufleistung ist die Summe aus Laufwiderstand, Luftwiderstand und Steigungswiderstand. Der Luftwiderstand lässt sich mit der Formel berechnen: Pa = 0.5ρcdA(v+vw)^2v.
  • ρ = Luftdichte, in Monza lag sie bei 1,239 kg/ m^3 (Temperatur: 12 Grad Celsius; cdA = Luftwiderstandsfaktor, ohne Pacemaker liegt jener bei 0,24 m^2; v = Laufgeschwindigkeit, 5,84 m/s; vw = Windgeschwindigkeit, wird für Modellrechnung vernachlässigt.
  • Die in die Formel eingesetzten Parameter geben eine Luftwiderstandleistung von 29,6 Watt. Damit müsste Kipchoge ohne Pacemaker 8,5 % der Gesamtleistung für die Überwindung des Luftwiderstandes einsetzen. Aus der Annahme ergibt sich eine Marathonzeit von 2:03:49.
  • Mit 3 Pacern, die bis ca. Laufkilometer 25 bzw. 30 mithalten, veringert sich schätzungsweise der cdA-Wert auf 0,20 m^2, also fast 20 %. Daraus resultiert eine Laufzeit von 2:02:18. Damit hätte er auf der Laufstrecke von Monza den offiziellen Marathon-Weltrekord von Daniel Kimetto um knapp 30 Sekunden unterboten.
  • Kipchoges Endzeit von 2:00:25 lässt umgekehrt darauf schließen, dass der durch die 6 Pacemaker und das Tesla-Fahrzeug erzeugte Windschatten, den cdA-Wert auf 0,15 m^2 verringert. Ein Wert, der in der Praxis noch nicht beobachtet wurde. Damit verringert sich der Luftwidersstand um 11 Watt oder 37,5%. Das sind Größenordnungen, die sonst nur im Radsport auftauchen. Durch das Bewegen im Rad-Peleton lässt sich der Luftwiderstand nachweislich um 40 bis 60% verringern.

Da es sich bei dem Ansatz der beiden Niederländer um ein physikalisches Modell handelt, wenn auch äußerst plausibles, ist die Validität der Prognosen nicht gesichert. Andere o.g. Einflußfaktoren, wie Schuhe und Wettkampfernährung, sind in den Berechnungen unberücksichtigt. Würden jene eine positive Wirkung entfalten, reduziert sich der Einfluß des Windschatteneffekts.

Zum Abschluss noch eine Ergänzung für alle Hobbyläufer: Auch ihr könnt vom Windschatteneffekt beim Marathon profitieren, wenn auch im kleinen Ausmaß, da der Luftwiderstand in der dritten Potenz mit der Laufgeschwindigkeit wächst. Beispiel: Ein 3:30 h -Marathoni, ca. 70 kg leicht, setzt bei windstillen Bedingungen ca. 2,3-2,5 % der Leistungsfähigkeit (das sind hier ca. 235 Watt) zur Überwindung des Luftwiderstandes ein. Die Reduzierung des cdA-Wertes um 20% auf 0,20 m^2 (durch konsequentes Laufen in einer Gruppe) führt, nach analogen Berechnungen, zu einer Leistungsverbesserung von bis zu 47 Sekunden, also gut 1 Sekunde / Laufkilometer!

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