Schnurgeschwindigkeit mit und ohne Doppelzug

[laverda]

Schallmauer mit bloßer Rute und Schnur durchbrechen!!!!!!!

Am Umkehrpunkt des äußersten Schnurendes entsteht bei extrem enger "Schlaufe" und überschüssiger (Geschwindigkeits-)Energie zwar ein "Peitschenknall", der tatsächlich das Resultat einer Stoßwelle ist. Dies ist aber Resultat der extremen Winkel-Beschleunigung/-geschwindigkeit im Umkehrpunkt der äußersten Schnurspitze!!!!
ABER:
Rute und Schnur erreichen aber NIEMALS auch nur annähernd Schallgeschwindigkeit in Wurfrichtung!!!!!

Zur Info: Die Schallgeschwindigkeit in der Luft beträgt bei Atmosphärendruck ~ 330 m/sek !!!!

Zur Geschwindigkeit der Rutenspitze, entsprechend maximale Schnurgeschwindigkeit:
200km/h => ~ 55m/s
Wo kommen solche Behauptungen her???????

Die Energie ist am Ende des Beschleunigungsweges der Rutenspitze vollständig in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt => W= 1/2m X v²
(die Formel ist stark vereinfacht aber immerhin vielen bekannt)

Ohne Berücksichtigung des Rutengewichtes, allein die Schnurenergie betrüge bei einer 5er Schnur mit 10 gr Masse bei ca 10 m Schusslänge über 15 Joule.

Sorry keine Chance!!
Ein Katapult dieser Energieklasse spannt der Durschnittsangler nur noch mit Armauflage (Thotty der angelnde "Popeye" schafft das vielleicht gerade eben noch freihändig ). Eine starke Futterschleuder könnte ca 3-4 Joule erreichen.

Kleiner Hinweis:

Die Spannenergie einer 5er Rute bei der durchschnittlichen Wurfbiegung von 15° liegt im Bereich von 200mJ entsprechend 0,2 J entsprechend 1/75 tel, oder 1,3 % der hier genannten Verhältnisse.

Die Rute ist kein Katapult, diese Angabe dient ausschließlich der Verdeutlichung, dass die hier genannten Geschwindigkeitsangaben vollkommen daneben liegen.

Würde ich 15 J Energie bei einem Wurf mit einer Rute übertragen wollen, müsste ich weit mehr als einen ordentlichen Wallerknüppel zur Hand nehmen.

Ich bin kein Wurfprofi, freue mich über jedes Mal, wenn ich es schaffe, dass der Backingknoten zumindest mal die Rolle verlässt aber auch der Wurf mit der Fliegenrute ist reine Physik und davon verstehe ich ein wenig.

[Bernd Ziesche]

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[laverda]

Hi Bernd:
Den Raketenwurf kenne ich, ich wollte lediglich zeigen, in welchen BEREICHEN sich die Wurfphysik abspielt, da hier immer wieder mal von der Realität sehr weit abweichende Werte genannt werden.

Ich muss dir leider nochmal bezüglich der Schnurgeschwindigkeit widersprechen:
Ziel beim Rückschwung ist doch eine möglichst gestreckte Schnur und am Ende des Beschleunigungsweges der Rute in Wurfrichtung (ca 1-2,5m je nach Rutenlänge, Körpergröße, Wurfwinkel.......) ist die Schnur gestreckt und hat beim Stopp auf gesamter vorschießender Länge dieselbe Richtung und Geschwindigkeit!!!!

Genau dieses Schnurbild ist das Ziel zumindest des sauberen Standard-Überkopf-Wurfes, bei dem der Doppelzug angewendet wird.
Kleinere Abweichungen wie Wellen oder "zappelndes" Schnurende spielen hier keine Rolle.
Und das alles ganz ganz deutlich unterhalb dreistelliger km/h-Geschwindigkeitswerte.

[Bernd Ziesche]

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[laverda]

Hi Bernd, ich beziehe mich auf Rutenanalysen und physikalische Tatsachen. Dazu brauche ich weder Literatur noch Messequipment wie Lichtschranken o.ä..

Da dieser Fred die Schnurgeschwindigkeit betrifft, ist nachfolgende Erklärung wohl nicht OT:

Selbst wenn die Schnur im hinteren Bereich eine Schlaufe bildet, muss die gesamte Schnur die Wurfgeschwindigkeit erreichen.

Ich denke, dass wir uns für eine realistische Betrachtung einer 275 cm Rute der Klasse 5 darauf festlegen können, dass:

1. min 10m Schnur am Ende der Beschleunigungsstrecke gestreckt und vollständig beschleunigt in der Luft liegen,

2. bei einer 5er Schnur die zu beschleunigende Masse des gestreckten Schnurbereichs min 10gr beträgt,

3. die zu berücksichtigende Rutenmasse ebenfalls mit min 10 gr zu berücksichtigen wäre. (Die lassen wir jedoch erstmal außen vor),

4. Der wirksame Beschleunigungsweg der Rutenspitze ~ 2,5m beträgt (~ 60° Beschleunigungswinkel, das ist sehr reichlich angenommen)

5. der Energieerhaltungssatz als fundamentale Gesetzmäßigkeit Gültigkeit hat. (Sonst müssten wir die gesamten Naturwissenschaften neu definieren und ein Nachweis der Ungültigkeit erbrächte mindestens den Nobelpreis in Physik)

Nun gehen wir einmal davon aus, dass 100km/h, entsprechend 27,75 m/s erreicht werden sollen.

W = 0,5m x v² => W = 3,85 Joule

Eine Schusswaffe dieser Ernergiefreisetzung wäre mit Sicherheit waffenscheinpflichtig!!

Die Beschleunigung betrüge 154 m/s² und damit das gut 15fache der Erdbeschleunigung g oder aber in Kraft ausgedrückt 1,54 Newton.

F = m x a dementsprechend entspräche die Belastung der Rute auf dem gesamten Beschleunigungsweg 154 gr.

Bitte belaste eine waagerechte 5er Rute mal mit 154 gr und dann schau dir den Winkel an und spüre das resultierende Drehmoment in der Hand! Diese Belastung (Kraft) müsste auf die Rute auf den gesamten 2,5 m Beschleunigungsweg wirken und das ohne! Berücksichtigung der Rutenmasse selbst.

Dieses Ergebnis ist ideal, d.h. gleichförmige Beschleunigung auf der gesamten Beschleunigungsstrecke, was in der Realität niemals erreicht wird.
Wenngleich dies als momentaner Spitzenwert durchaus realistisch ist.

Selbst bei minimaler Berücksichtigung der Rutenmasse liegen wir also deutlich über 5 Joule. Das kann eine Rute dieser Klasse unmöglich leisten.

Weiterhin betrüge die Beschleunigungszeit, also der gesamte Vorschwung weniger als 1/10 (in Worten ein zehntel) Sekunden.

Die Spannenergie der 15° Auslenkung liegt im Bereich von 0,2 Joule. Selbst wenn wir dies für weitere Auslenkung verdoppeln, hieße das, dass aus der Rutenspannung wesentlich unter 10 % der Wurfenergie resultieren würden.

Mit allen Annahmen liegen wir bei dieser Betrachtung auf der "sicheren Seite" und wahrscheinlich sind:
1. Rutenmasse größer,
2. Schnurmasse Größer,
3. Beschleunigungsweg kürzer

Man könnte jetzt zur Bestätigung noch eine ähnliche Abschätzung über die maximal zu übertragende Energie über die Federkennliniengleichung der Rute vornehmen. Dies lasse ich an dieser Stelle, da hier die mathematisch physikalischen Zusammenhänge etwas mehr Ausführlichkeit zum allgemeinen Verständnis benötigen.

Ich kann nur bekräftigen, dass auch dieser Ansatz zu keinem anderen Ergebnis führt.

100 km/h sind deutlich zuviel!

Glücklicherweise brauchen wir diese immense Geschwindigkeit auch nicht! Wir wissen doch alle, dass ein maßvoller Krafteinsatz mit guter Wurftechnik viel effektiver ist.

Auf diesen Umstand und die Energiebetrachtung während des Wurfs (abnehmende bewegte Schnurmasse, Schnurzug durch Zenripetalkräfte etc.) gehe ich nicht weiter ein.

Ich persönlich finde die Analyse von Rute und Wurf nach physikalisch/technischen Gesichtspunkten sehr sehr interessant, wenngleich auch ziemlich komplex. Man muss eben hin und wieder die Grenzbereiche durch realistische Minimal-/Maximal-Annahmen eingrenzen.

Zu deiner Bemerkung der exakten mathematisch physikalischen Beschreibung: Vollkommen richtig!! Meine Ausführung sind auch keine Berechnung einer exakten Geschwindigkeit sondern eben nur der Nachweis, dass eine Annahme von 100 km/h deutlich zu hoch liegt. Sämtliche Abhängigkeiten und physikalischen effekte sind bekannt, allein die geschlossene Lösung einer Gleichung, die diese Effekte gemeinsam betrachtet ist unlösbar. Abschnittsweise ist dies jedoch unter Annahme realistischer Randbedingungen durchaus keine Hexerei.

Falls es hier den einen oder anderen gleichgesinnten Fliegenfischer/Rutenbauer gibt, der ebenfalls etwas tiefer in der Materie steckt, würde ich mich über einen Austausch sehr freuen. Ein Programm zur (Fliegen)Rutenanalyse aufgrund technischer Kennwerte und Messdaten habe ich bereits entwickelt.

[Bernd Ziesche]

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[laverda]

Hi Bernd,
du gehst von gestreckter Rute aus, die Schnur verlässt die Rute in gebogener Stellung. Wenn du den Zug der Schnurhand mit 2,5m annimmst, kommen tatsächlich mehr als meine angenommenen 2,5m Beschleunigungsweg zustande. Aber ganz im Ernst, 2,5m Zug ist schon sehr extrem, dies würde bedeuten, dass man je nach Körpergröße mit vollständig ausgestreckten Armen den Zug beendet. Arme beide vollständig gestreckt entspricht Körpergröße (180cm?) zzgl. Entfernung Rutenhand Leitring (70cm).
Lass es effektive 4m bei perfektem Timing sein, dann sollten wir auch die zu beschleunigende Rutenmasse mit deutlich über 10gr berücksichtigen und das Ergebnis ist das gleiche.

Ich sträube mich eigentlich eine Zahl zu nennen, da die exakte Berechnung, wie erwähnt, nicht möglich ist und m.E. auch von rein akademischem Interesse. Außerdem merkst du ja auch, dass man auf Zahlenwerte gerne "festgenagelt" wird.
Ich schätze jedoch, dass die maximale Geschwindigkeit realistisch im Bereich um die 15+x m/s entsprechend um die 50+x km/h liegt. Hier kämen wir auch wieder in die Region der ~20% Wurfenergieanteil über die Spannenergie der Rute, bei einer Gesamtenergie von 1+X Joule für die Schnurbeschleunigung.

Du wirst sicher merken, dass diese Angaben durchaus noch "Luft nach oben" aufweisen.

[Bernd Ziesche]

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[Bernd Ziesche]

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[laverda]

Hi Bernd,
ich gehe hier ausschließlich von der maximalen Schnurgeschwindigkeit mit dem damit verbundenen Energiebetrag aus. Bei nicht gleichförmiger Beschleunigung müsste man die Berechnungs-Funktionen abweichend von der allgemeinen stark vereinfachten Formulierung über Differenzialgleichungen definieren und dazu fehlen uns sowohl hinreichend genaue Randbedingungen als auch die Zeit einer Doktorarbeit in Dynamik.

Du zerlegst hier Beschleunigung, Winkelbeschleunigung, Beschleunigungsverlauf, Höchstgeschwindigkeit...........
Das ist alles sehr aufschlussreich, nur begibst du dich hier genau dahin, wo die analytische Beschreibung der einzelnen Phasen beginnt und dann müssten wir für die einzelnen Phasen die Energiebilanzen und Grenzen definieren. Genau dies ist aber auch der Beginn der Komplexität, an der sich, wie du selbst ausgeführt hast, bereits viele versucht haben. Die Energiebilanz über den gesamten Wurf spricht eine eindeutige Sprache.

Wenn du glaubst, dass du die Schnur derart beschleunigen kannst und dass du mit 200km/h Schnurgeschwindigkeit an die 15J Energiebetrag auf die Schnur übertragen kannst, werde ich dir das nicht ausreden, ich bin Ingenieur und Naturwissenschaftler und kein Missionar. (Bitte nicht in den falschen Hals bekommen!!!)

Wie bereits ausgeführt muss man den Energie-Erhaltungssatz akzeptieren, sonst wird das nix.

Gerne ließe ich mich aber durch tatsächliche Messungen von Geschwindigkeiten der Schnurschlaufe beim Verlassen der Rutenspitze eines Besseren belehren.

Mir würde auch eine SlowMo mit paralleler Zeitmessung des gesamten Wurfverlaufes vom Rückschwung bis zum Strecken der Schnur nach dem Vorschwung vollkommen ausreichen.
Dann müssten aber meine Randbedingungen vollkommen daneben liegen.

Die Videos mit dem "Winkelmesser" habe ich mir angesehen und auch die Beschreibung gelesen. Ein Instrument für den, der diese Messwerte zu interpretieren weiß. Ich denke dass es für Wurflehrer in Verbindung mit Video-Aufnahmen ein ganz hervorragendes Tool ist.

Bei dieser Messung ergibt sich für unsere Fragestellung leider das Problem, dass die Winkelgeschwindigkeit/-Beschleunigung des Griffs gemessen wird und eine Umrechnung auf die Spitzengeschwindigkeit/Schnurgeschwindigkeit nicht möglich ist, da diese Bewegung über das massebehaftete Federelement "Rute" übertragen wird und sowohl deren Masse als auch Federkennlinie, Aktion sowie auch die zu beschleunigende Schnurmasse und die damit verbundene Massenträgheit vollkommen außen vor bleiben! Es wird dort auch ganz ausdrücklich auf den QUALITATIVEN Charakter der Messungen hingewiesen.

Man muss beachten, dass am Griff ALLE Energie eingeleitet wird, auf dem Übertragungsweg zur Schnur jedoch erhebliche Verluste zu verzeichnen sind. Würde man das System Rute/Schnur als Black Box nehmen, ist diese Messung EIN Eingangsparameter und wir diskutieren hier über den Ausgang. Die Übertragungsfunktion ist bis heute meines Wissens nicht hinreichend genau formulierbar und ist von viel zu vielen Übertragungsparametern abhängig.
Es ist also die alte Frage nach dem Wirkungsgrad, dem Verhältnis von Input zu Output.

Trotzdem eine ganz einfache Frage: Du fährst mit 200 km/h und machst eine Vollbremsung. Wie lang ist der Bremsweg?
Glaubst du, dass die FREI fliegende Schnur stärker abbremst als ein PKW bei VOLLBREMSUNG? Dies wäre nämlich notwendig, wenn du die Schnur auf gerade mal 35 m Länge ablegst. (Der Vergleich hinkt natürlich, da immerhin die Runningline mit transportiert werden muss)

[CDC-Dun]

Ich hoffe ich darf jetzt meinen Gedanken mal freien Lauf lassen.

Der Rückwurf ist vollendet und die Schnur befindet sich gestreckt nach hinten: v = 0
Der Vorschwung setzt eine, d.h. die Schnur wird mittels Rute und Schnurhand nach vorne beschleunigt. Die Massenträgheit der Schnur verhindert, dass die Rute gerade bleibt. Um es jetzt vereinfacht zu sagen, wird die Rückstellkraft der Rute aufgeladen. Durch Zug der Schnurhand, Bewegung der Rute und durch Rückstellung der Rute erreicht die Schnur in dem Moment in dem sie die Rute verlässt vmax.

Meine Rahmenbedingungen:
Beschleunigungsweg Schnurhand etwa 1,8 m
Beschleunigungsweg Rute etwa 5,0 m
Gesamter Beschleunigungsweg ca. 6,8 m
Schußkopfgewicht 18 gr.
Wieviel Energie muss ich da jetzt reinstecken um auf v=55 m/s zu kommen?
(Da hätte ich früher doch ein bischen besser in der Schule aufpassen müssen)

Weil letztlich geht es doch nur um die Schnur die auf die Geschwindigkeit gebracht werden muss. Die Energie die für die Beschleunigung der Rute benutzt wird betrachte ich als Verlust.

@laverda
Ich finde 35m Bremsweg für einen 18 Gramm Schußkopf extrem viel, deshalb könnte ich mir schon vorstellen das vmax um die 50 bis 60 m/s liegt. Das Bremsen beginnt ja schon beim verlassen des Spitzenringes.
Durch die Schnurschlaufe und nachziehen der Runnigline wird die maximale Schnurgeschwindigkeit doch gleich gemindert und dann muss die Schnur noch gegen Erdanziehungskraft und Luftwiderstand "arbeiten". Aber wie Du schon sagst hinke der Vergleich mit der Vollbremsung.

Ich finde das Thema total spannend, in der Praxis funktioniert es zum Glück ja.

Gruß
Stefan

[laverda]

Hi CDC,
klasse, dass es noch weitere "Verrückte" gibt, die sich dafür interessieren.
Zu deiner Frage:
Auf welchem Weg die Geschwindigkeit erreicht wird, ist zum Glück vollkommen irrelevat, allein Masse und Geschwindigkeit begründen den Energieinhalt: W = 0,5 m x v² also 0,5 x 0,018kg x (60 m/s)².
=> 32,4 Joule!!!!!

Jetzt hast du endlich eine Lösung für das Kormoranproblem: Du peitscht den Viechern mit deinem Schusskopf einfach auf 50m Entfernung den hässlichen Kopf vom Hals

Gegen die Erdbeschleunigung braucht die Schnur NICHT anzukämpfen, die bewegt sich parallel zum Erdboden, die Richtung der Erdbeschleunigung steht senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schnur.

Der Luftwiderstand ist selbstversändlich ein wesentlicher Bremsfaktor und steigt quadratisch zur Geschwindigkeit. Daher brauchst du für anständige Weiten u.a. eine enge Schlaufe, damit die Angriffsfläche möglichst klein ist.

Anscheinend sind die Beschleunigungswege für einige sehr wichtig und ich habe die deutlich geringer angesetzt. Dazu eine Erklärung anhand deiner Rute mit 18gr Schussgewicht (Klasse 6/7):
Ich gehe auch hier mal von einer Rutenlänge von 275 cm aus, der Einfachheit halber gehen wir weiter davon aus, dass der Abstand Drehpunkt (Griff) zur Spitze 250 cm beträgt.
Diese Rute speichert je nach Aktion eine Spannenergie von 0,25 bis max 0,4 Joule bei Wurfbiegung. Nehmen wir einen Winkel von 30° an, das heißt, jeweils etwa die halbe Rutenlänge ,125cm, "verbrauche" ich an Beschleunigungsweg, um max 0,4 Joule zu laden und zu entladen.

Diese Energiewerte sind MESSWERTE meiner 7er mit 290 cm Länge, ermittelt unter optimalen Bedingungen, ohne Übertragungsverlust wegen Wind Massenträgheit der Rute selbst usw. sprich statisch!!!
Die zu berücksichtigende Rutenmasse würde bei weiteren min 15gr liegen.

Jetzt könnte man sagen dass 30° Wurfbiegung viel zu wenig wären, dann nehmen wir eben mehr Biegung, die Spannenergie erhöht sich meinetwegen um 0,1-0,2 Joule, gleichzeitig verkürzt sich jetzt aber auch wieder die Beschleunigungsstrecke für die restlichen über 30 Joule!!!!!!!!!!

Das ist eben das Wesen einer Rute, die ist flexibel.

[CDC-Dun]

Hei laverda,

danke für deine Antwort.

Mir fallen aber gerade noch zwei andere Beispiele ein, die nichts mit Fliegenfischen zu tun haben.
1. Als durchschittlicher Fußballer, kann ich einen Fußball mit 430 gr. auf ca. 90 km/h Geschwindigkeit bringen.
2. Ein Streichholz 35 m weit werfen hab ich auch schon geschafft, ohne Hilfsmittel.

So und jetzt mit Hilfsmittel,
ich hab mal meine Formelsammlung herausgeholt und da sind folgenden Gleichungen zur mechanischen Leistung.

P=W / t => Leistung(W)(J/s)=Arbeit(J)(Nm)/Zeit(s)
P=F x v => Leistung(W)(J/s)=Kraft(J)xGeschwindigkeit(v/s)

Wenn ich jetzt einen anderen Rechenweg wähle und

W=(F x v)/t ansetze
komme ich bei folgenden Annahmen auf folgende Ergebnisse

t=1s W=10,8 J(Nm)
t=0,5s W=21,6 J(Nm)
t=0,33s W=32,7 J(Nm)

Die Annahme T=0,33s scheint mir am realistischen, daß würde aber heißen, bei 6,5m Beschleunigungsweg, eine "Durchschnittsgeschwindigkeit" von 19,7 m/s => 70,9 km/h, folglich halte ich eine Maximalgeschwindigkeit von ca. 200 km/h in der Endphase der Beschleunigung durchaus für möglich.

Falls ich danebenliegen, bitte ich doch um eine Korrektur.

Gruß
Stefan

[CDC-Dun]

Hej Laverda,

um meine 8er mit 9´6" Rute auf 15° zu spannen benötige ich 90,35 gr das entspricht statisch 0,9 N, muß ich dann noch die Strecke berücksichtigen die dafür benötigt wird?

Gruß
Stefan

P.S. Vielleicht sollten wir doch erstmal Ludwig Reim fragen, der hat dafür bestimmt schon eine Lösung.

[laverda]

Na dann häng mal gut 500 gr an die Spitze, das entspricht nämlich dem Zug, den du über 6 m beibehalten musst, um auf über 30 Joule zu kommen!!!

Aus den 90 gr kannst du die Spannenergie nicht einfach durch Einsetzen in eine Formel errechnen. Hier musst du über die Funktion der Rutenkennlinie (Verlauf der Federkennzahl zwischen Auslenkung/Belastung =0m/0N bis zum Wert Xm/0,9N) integrieren!! Diese Funktion ist nicht linear, weil die Rutenaktion immer auch progressive Anteile enthält!!

Ludwig Reim wollte ich immer schon gern kennenlernen, schließlich ist er "Schuld" an meinen Untersuchungen und Rutenanalysen.
Seine Untersuchungen und Theo Matschewskis Datenbank zum Powerfaktor sind zu guten Teilen die Grundlage meiner hier getätigten Aussagen!!!