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                                       ... oder was Handballer schon immer wissen wollten !???








Eine "harmlose" Trillerpfeife (in 25 cm Entfernung kräftig geblasen) liegt mit 110 dB nur knapp unter dem Schmerz-, aber bereits voll im Schädigungs-
bereich für das menschliche Ohr.



Darum tut der 7m-Pfiff so weh !



Verdoppelung der
Schallintensität
(Faktor 2)
entspricht 3 dB,
Faktor 10 = 10 dB,
Faktor 100 = 20 dB,
Faktor 1000 = 30 dB.

Formel:
10 * log ( Faktor )


Trillerpfeifen sind keine Musikinstrumente (Hinweis für Fans) und ersetzen auch nicht die menschliche Sprache (Hinweis für Trainer und Trainerinnen) !







antiker Handballer

Das Original heißt ... ,
stammt von ...
und ist in ...
zu bewundern ( Lösung ).




Der Umfang der
Mini-Handbälle
beträgt 48 cm.







Animation der Luftströmung um einen Ball
eingefärbt nach der Geschwindigkeit.
Auf der Balloberfläche sind  die Druckkonturen abgebildet:
rot = hoher Druck, blau = niedriger Druck.

Animation lässt sich nicht mehr starten.
Link zu FLUENT Deutschland GmbH ist leider weg - SCHADE  !

Bei einer hohen Wurfgeschwindigkeit von 100 km/h = 30 m/s
beträgt die Druckerhöhung an der Stirnseite des Balles nach der Bernoulli-Gleichung knapp 6 hPa.
Das ist etwa die gleiche Druckdifferenz, die man beim Herabsteigen von der 57 m hohen untersten Plattform des Eiffelturmes erfährt. Sie reicht aus, um den Ball bereits im Flug etwas abzuplatten.

Alle Angaben
in bar:
1 bar = 1000 hPa

Handball : 0.5-0.6
Basketball: 0.5-0.6
Volleyball: 0.3-0.4
Fußball: 0.6 - 1.1
Auto: 2.5 - 3.5
Normalrad: 2 - 4
Rennrad: 7 - 9
Gummiboot: 0.1
Luftballon: 0.04



Blick von oben.
Rotiert der Ball zusätzlich um die eigene Achse (wie beim Trickwurf), bildet sich im Bereich von F ein asymmetrisches Druckminimum aus, da nur hier Anströmung und Rotationsrichtung optimal übereinstimmen. Als Resultat beschreibt der Ball eine nach links gekrümmte Flugbahn. Dieser sog. Magnus-Effekt wird unterstützt durch den schwächeren turbulenten Strömungsabriss bei A im Vergleich zu B.



Entscheidend ist dabei, dass im Bereich von A die schnellere Strömung der Balloberfläche deutlich länger folgen kann (Coanda-Effekt), während sie bei B durch die Scherung zwischen Rotation und Anströmung frühzeitig abreißt und verwirbelt.



Ein Ball, der
vollständig laminar
(d.h. ganz ohne
Verwirbelung)
umströmt wird,
verhält sich
aerodynamisch
optimal.

Da dieser Fall aber
nur  bei  extrem
niedrigen
Geschwindigkeiten
(cm/s) auftritt, spielt
er  in der Realität
keine Rolle.

Mit der
unvermeidlichen
Wirbelbildung nimmt
der Luftwiderstand
drastisch zu.

Die Wirbelstärke
in Abhängigkeit
von den Oberflächen-
eigenschaften und
der Fluggeschwindig-
keit  bestimmt also
letztendlich alleine
den Luftwiderstand
eines Balles.



Die aerodynamischen
Eigenschaften
werden im sog.
Widerstands-
beiwert
zusammengefasst.

Langsame glatte
Bälle haben eine
laminare
(d.h. wirbelfreie)
Grenzschicht, die
sich bereits vor der
max. Ballbreite
ablöst.  Eine breite
Wirbelschleppe
mit einem großen Druckgegensatz (vorne +, hinten -) ist die Folge, was zu hohen Widerstandsbeiwerten  (0.5 - 0.4) führt !

Bei schnellen rauhen Bälle bildet sich ein dünnes turbulentes Luftpolster an der Oberfläche aus, das lange anhaftet (s.o. Coanda-Effekt) und in eine schmale, deutlich schwächer ausgeprägte turbulente Wirbelzone auf der Rückseite übergeht. Durch die wesentlich geringere Druckdifferenz halbiert sich der Widerstandsbeiwert (0.3 - 0.2).

Bei super schnellen Bällen (über 100 km/h) mit rauher Oberfläche nimmt dann allerdings der Widerstandsbeiwert wieder zu (überkritischer und transkritischer Bereich). Hier (aber wirklich auch erst hier !) erreichen Bälle mit glatter Oberfläche Spitzenwerte um 0.1 .

Der Turbulenzzustand der Umströmung wird durch die sog. Reynolds-Zahl beschrieben, in die als wesentliche Kenngröße die Wurfgeschwindigkeit im Verhältnis zur Zähigkeit der Luft eingeht.
Bei gängigen Handbällen wird ab 9 m/s der Reynolds-Zahlen-Bereich mit den hohen Widerstandsbeiwerten verlassen und die Aerodynamik verbessert sich (wie oben beschrieben) im
sog. kritischen Bereich (positiv gemeint !) sprunghaft.
 

Der Luftwiderstand
selbst wächst aber
leider mit dem
Quadrat der
Geschwindigkeit,
so dass trotz des
kleineren Wider-
standsbeiwertes
in dem kritischen 
Geschwindigkeits-
bereich eine
starke
aerodynamische
Abbremsung erfolgt.

Mit Luftwiderstand landet ein von der 3. Plattform des Eiffelturms (276 m) fallender Handball am Boden mit nahezu konstanter Endgeschwindigkeit von 35 m/s (125 km/h). Ohne Luftwiderstand sind es ca. 75 m/s (270 km/h), wobei die Fallgeschwindigkeit bis zum Schluss ständig zunimmt: - 9.81 m/s pro Sekunde.

Ein großer Regentropfen bringt es mit Luftwiderstand auf max. 15 m/s (55 km/h).

Interessant, oder ... ???



Wurfgeschwindigkeiten von über 100 km/h = ca. 30 m/s sind im Spitzenhandball keine Seltenheit. Ein von der 9 m Linie abgefeuerter Ball landet damit bereits nach 0.3 s (langsames Augenzwinkern) im Tor. Einem an der 4 m Linie stehenden Torwart bleiben beim 7m Strafwurf ganze 0.1 s (schnelles Augenzwinkern) zur Reaktion.








Entwicklung der Widerstandsbeiwerte bei Fußbällen im oberen Geschwindigkeitsbereich,
Quelle: FLUENT Deutschland GmbH.

FIFA-WM-Ball 2006 Teamgeist: 69,0 cm Umfang, 433 g Gewicht.

Wer erreicht eigentlich höhere Ballgeschwindigkeiten: Fußballer oder Handballer ?
Antwort: Beide liegen mit ihren Rekordwerten bei 130 km/h !
Die größere Muskelkraft des Beines macht der Handballer mit extremer Schnellkraft des Armes in Verbindung mit hoher Körperspannung und dem abschließenden Handgelenkeinsatz (wie beim Tennis) wett. Natürlich spielt auch der größere Durchmesser und das etwas höhere Gewicht des Fußballs eine Rolle.


Pascal Wolff
mA-Jugend
HSG Wittlich
(2006/07)

If I had a hammer,
I'd hammer in the
morning,
I'd hammer in the
evening,
...


Matthias Lieser
mB-Jugend
HSG Wittlich
(2006/07)

Handballer
und Tennisspieler
sind Meister der
Armbeschleuni-
gung.

Das gilt für die
Damen natürlich
genauso !

131 km/h : Erhard Wunderlich (Sportstudio 1978)

Messungen von Sport-Bild 2007 (ohne Holger Glandorf, Christian Zeitz, Henning Fritz) :

122 km/h : Lars Kaufmann
115 km/h : Oleg Velyky
114 km/h : Michael Kraus
113 km/h : Pascal Hens
112 km/h : Markus Baur + Bastian Schweinsteiger (natürlich mit dem Fuß)
111 km/h : Oliver Roggisch
105 km/h : Sebastian Preiss + Stefan Schroeder
103 km/h : Johannes Bitter + Dominik Klein + Torsten Jansen
101 km/h : Florian Kehrmann
100 km/h : Andrej Klimovets


100 km/h und mehr ...
da staunt selbst der
Baron von Münchhausen !

Quelle: Filmplakat (ufa 1943)
von wetter.ch

Auf Fotos ohne Blitz sehen sehr schnelle Bälle oft EIFÖRMIG aus. Mein Kollege Marcus Herold hat dafür die passende Erklärung gefunden.

Bei 30 m/s (ca. 100 km/h) und 1/300 s Belichtungszeit bewegt sich der Ball um 10 cm weiter. Das ist genau der Radius eines 3er Balls.

Die scheinbare Abplattung in Flugrichtung tritt auf, weil in einem (bewegungs-) unscharfen Bild dort am besten belichtet wird, wo sich der Ball am längsten aufhält. Und dieser Bereich hat die Form eines FOOTBALL.

Auf Fotos mit (Aufhell-) Blitz ist dieser Effekt wegen der extrem kurzen Blitzzeiten (kleiner 1/1000 s) nicht bzw. kaum zu sehen.

Die Nr. 4 von Biewer-Pfalzel III erkennt das mit Entsetzen ...



Demo-Programme
zum Ausprobieren:

Weite
in Abhängigkeit von
Abwurfhöhe,
Winkel,
Geschwindigkeit,
Luftwiderstand ...

>>> Demo-Programm von Walter Fendt: Schiefer Wurf ohne Luftwiderstand


>>> mein Demo-Programm: Schiefer Wurf mit und ohne Luftwiderstand
                                                    Profi-Version in den Programmiersprachen Python, Perl oder php
                                                    sende ich auf Anfrage gerne zu. Ohne Grafik.

Um den Ball von einem Tor in das andere zu werfen (40 m), ist ohne Luftwiderstand eine Anfangsgeschwindigkeit von ca. 70 km / h und mit Luftwiderstand ca. 80 km / h notwendig.



Bei einem harten
Aufprall  deformiert
sich ein Handball
fast um die Hälfte
seines  Durchmessers.
Das sind ca. 10 cm
bei der Ballgröße 3.
Auf dieser kurzen
Strecke erfolgt die gesamte
Abbremsung des Balles im
Extremfall von ca.
100  auf 0 km / h.
Die dabei übertragene
Bremskraft K beträgt
satte 200 kp.


Das ist schon ganz
schön schlimm,
aber es könnte noch
schlimmer kommen ...

Schlägt
Dr. Steel Hammer
zu, dann pflegt er das
mit 450 - 500 kp
zu tun !!!

"Faustformel" :
4 kp pro 1 kg
Körpergewicht.


Quelle: Focus online

Weitere Quellennachweise:
Institut für Hydromechanik der Universität Karlsruhe: Laborversuch "Windkräfte"
FU Berlin, Physik: Der Magnus-Effekt
TU Berlin: Umströmung von Körpern
bft COGNOS GmbH: Von der Bananenflanke zu den Ingenieurmethoden des Brandschutzes
FLUENT Deutschland GmbH: Der Ball, das unbekannte Wesen
Sports Engineering Research Group (SERG), University of Sheffield (UK): Aerodynamics
Abteilung Umwelthygiene, Umweltbundesamt: Gehörgefährdung durch laute Musik und Freizeitlärm
Homepage Walter Fendt: Schiefer Wurf ohne Luftwiderstand
Peter Kraus: Schiefer Wurf mit Luftwiderstand

 
     
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