Jedes Fahrzeug, das sich durch die Luft bewegt, muss diese Luft aus dem Weg verdrängen, und das kostet Strom. Dieser Rechner schätzt genau, wie viel PS zur Überwindung des Luftwiderstands bei einer bestimmten Geschwindigkeit benötigt wird, indem er nur den Luftwiderstandsbeiwert, die Frontfläche, die Geschwindigkeit und die Luftdichte des Fahrzeugs verwendet – dieselbe Physik, die bestimmt, warum der Kraftstoffverbrauch auf der Autobahn stark sinkt und warum die Verdoppelung der Höchstgeschwindigkeit deutlich mehr als die doppelte Leistung erfordert.
So funktioniert der Drag-Pferdestärken-Rechner
Der Rechner wendet die standardmäßige imperiale Luftwiderstandsgleichung an: Die Kraft entspricht der Hälfte der Luftdichte mal dem Luftwiderstandsbeiwert mal der Frontfläche mal der Geschwindigkeit im Quadrat (F = 0,5 × ρ × Cd × A × v²). Diese Kraft wird dann mithilfe der standardmäßigen Umrechnungskonstante von 375 Meilen pro Stunde in PS in Pferdestärken umgerechnet. Diese ergibt sich aus der Definition einer Pferdestärke (550 ft-lb pro Sekunde) in Kombination mit dem Umrechnungsfaktor von Meilen pro Stunde zu Fuß/s.
Da die Widerstandskraft bereits mit dem Quadrat der Geschwindigkeit skaliert und die Pferdestärkengleichung diese Kraft erneut mit der Geschwindigkeit multipliziert, ist die endgültige Beziehung zwischen Widerstands-Pferdestärke und Geschwindigkeit kubisch (v³). Diese einzelne Tatsache erklärt einen Großteil des alltäglichen Fahrzeugverhaltens – warum der Kraftstoffverbrauch oberhalb von etwa 60–65 Meilen pro Stunde drastisch sinkt und warum Rennwagen, die höhere Höchstgeschwindigkeiten anstreben, exponentiell mehr Leistung für jede zusätzliche Meilen pro Stunde benötigen.
Eingaben und was sie bedeuten
Der Luftwiderstandsbeiwert (Cd) gibt an, wie aerodynamisch rutschig die Form des Fahrzeugs ist – die meisten Personenkraftwagen haben einen Wert von 0,25 bis 0,40. Die Frontfläche ist die Querschnittssilhouette des Fahrzeugs in Quadratfuß in Fahrtrichtung. Die Geschwindigkeit wird in Meilen pro Stunde eingegeben und aus physikalischen Gründen intern in Fuß pro Sekunde umgerechnet. Die Luftdichte entspricht standardmäßig den Standardbedingungen auf Meereshöhe, kann aber bearbeitet werden, da Höhe und Temperatur sie beide erheblich verändern.
Von den vier Eingaben hat die Geschwindigkeit bei weitem den größten Einfluss auf das Ergebnis, da sie insgesamt bis zur dritten Potenz in die Gleichung eingeht. Sowohl der cw-Wert als auch die Frontfläche skalieren das Ergebnis linear, sodass eine Reduzierung um 10 % bei beiden zu einer Reduzierung der benötigten Leistung um etwa 10 % bei einer bestimmten Geschwindigkeit führt.
Grenzen und Randfälle
Dieser Rechner modelliert nur den Luftwiderstand. Rollwiderstand (Reifen- und Lagerreibung), Verluste im Antriebsstrang oder Kräfte beim Bergauffahren sind nicht berücksichtigt – sie alle addieren sich zur Gesamtleistung, die ein Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit benötigt, insbesondere bei niedrigeren Geschwindigkeiten, bei denen der Luftwiderstand einen geringeren Anteil am Gesamtwiderstand ausmacht. Betrachten Sie das Ergebnis als die aerodynamische Komponente des gesamten Leistungsbedarfs, nicht als das Gesamtbild. Außerdem wird über den gesamten Geschwindigkeitsbereich ein fester Cw-Wert und eine feste Frontfläche angenommen, während sich in Wirklichkeit beide je nach Gierwinkel, Fahrhöhe und geöffneten Fenstern oder einem Dachträger leicht verschieben können.