Stirnfläche

Mit dem Begriff Stirnfläche bezeichnet man die größte Querschnittsfläche eines durch die Luft bewegten Körpers.

Mit zunehmender Stirnfläche wächst der Luftwiderstand linear an. Daher versucht jeder Radfahrer bei Gegenwind, sich möglichst flach auf das Fahrrad zu ducken - seine Stirnfläche also möglichst klein zu halten.

So kann sie gegenüber der aufrechten Haltung des Hollandrad-Fahrers (A = 0,6 m₂) durch Einnahme der Zeitfahr-Haltung auf 2/3 gesenkt werden (A = 0,4 m₂).

Eine aufrecht stehende viereckige Platte hat einen cw-Wert von 1,12 (eigentlich 1, aber durch die Randwirbel ein wenig mehr). Ein Lkw sieht zwar auf den ersten Blick von vorn sehr ähnlich aus, hat aber durch viel Feinarbeit und weil der Wind lang an ihm vorbei streichen kann, um die Wirbel zu beruhigen (Länge läuft, sagen die Schiffsbauer), einen cw-Wert von unter 0,5. Trotz ca. 10 m² Stirnfläche kommt ein LKW also auf eine effektiven Stirnfläche von knapp 5 m².

Heutige Autos haben eine Stirnfläche von 2 (Limousinen) bis 3 (große SUVs) m². Da der Innenraum bequem und sicher sein soll, sind der Stirnflächenoptimierung enge Grenzen gesetzt.

Wer schnell Fahrrad fährt, duckt sich ganz instinktiv, um dem Wind möglichst wenig Angriffsfläche zu bieten. Wer aufrecht auf einem Tourenrad sitzt, hat einen Luftwiderstandswert (effektive Stirnfläche) von etwa 0,72 Quadratmetern (Stirnfläche: ca. 0,6 m², cw-Wert: ca. 1,2 wegen der vielen Wirbel). Ein Mountainbiker, der stärker nach vorn gebeugt sitzt, hält dem Wind nur noch ca. 0,6 Quadratmeter effektive Stirnfläche entgegen. Ein Rennradfahrer bückt sich noch tiefer und hat auch ein strömungsgünstigeres Rad, sein Luftwiderstandswert liegt bereits unter 0,5 Quadratmetern.

Von Jan Frodeno weiß man, dass er stundenlang im Windkanal an seiner Haltung gefeilt hat und sich ein Rennrad bauen ließ, auf dem er diese optimierte Haltung möglichst unverkrampft und lange einnehmen kann. Dazu trägt er einen eng anliegenden Rennanzug ohne Fugen und Falten, rasiert sich an den verbleibenden Stellen alle Haare weg, trägt einen besonders aerodynamischen Helm, und auch das Fahrrad selbst ist in allen Details – Reifen, Felgen, Rahmen, Schaltung, ja sogar die Clickies – auf wirklich maximale Windschnittigkeit optimiert.

Der Erfolg gibt ihm recht: er kommt mit seiner Zeitfahrmaschine auf einen spezifische Stirnfläche von 0,21 Quadratmeter. Also etwa nur halb so viel wie ein Mensch, der auf einem gewöhnlichen Rennrad in einer natürlichen Haltung in die Pedale tritt!

Das derzeit windschnittigstes Serienauto ist die neue A-Klasse-Limousine. Ihr cw-Wert liegt bei 0,22. Die Stirnfläche beträgt 2,19 Quadratmeter – das ergibt einen Luftwiderstandswert von 0,49 m². Also etwa soviel wie ein normaler Rennradfahrer in Oberlenkerhaltung.