Laufen in der Gruppe spart Kräfte Simulationsstudie: Knackt man so den Marathon-Weltrekord?

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Eine Simulationsstudie zeigt, dass Marathonläufer ihren Luftwiderstand um bis zu 90 Prozent reduzieren können, wenn sie während des Laufs in einer Gruppe dicht hinter- oder versetzt zueinander laufen.

Die von der Heriot Watt University geleitete und von Synopsys unterstützte Simulationsstudie zeigt, dass Elite-Marathonläufer durch optimierte Laufformationen und aerodynamische Strategien ihre Zielzeit um bis zu 40 Sekunden verkürzen könnten. Unter den richtigen Bedingungen wäre es sogar möglich, die schwer zu knackende Zwei-Stunden-Marke im Marathon zu unterbieten.

Für die Analyse modellierten die Forschenden die Läufer digital mit Ansys Discovery, einer Software zur schnellen Auslegung und Optimierung von Designs, und simulierten deren aerodynamisches Verhalten mit Ansys Fluent, einem etablierten Werkzeug für hochpräzise Strömungsberechnungen. Ergänzende Windkanaltests dienten als Realitätscheck, um die Simulationen mit realen Messdaten abzugleichen. Auf diese Weise konnten sie zeigen, dass der Luftwiderstand beim Langstreckenlauf eine deutlich größere Rolle spielt als bislang angenommen. Die Ergebnisse widersprechen der bisherigen Annahme, dass Aerodynamik erst bei hohen Geschwindigkeiten relevant ist, und zeigen, dass ein optimierter Luftstrom auch im Langstreckenlauf messbare Energieeinsparungen ermöglicht.

Im Windschatten lassen sich die größten Zeitgewinne erzielen

Die Simulationsstudie zeigt, dass Läuferinnen und Läufer den größten aerodynamischen Nutzen erzielen, wenn sie innerhalb einer Gruppe die richtige Position einnehmen. Wer nicht allein läuft, sondern sich geschickt in einer gut organisierten Gruppe platziert, kann den Luftwiderstand um bis zu 90 Prozent senken – und damit den Energieaufwand deutlich reduzieren.

Auch wenn es zunächst paradox klingt: Selbst die Spitzenläufer profitieren von denen hinter ihnen. Die dicht folgenden Athleten schieben die Luft nach vorn und entlasten so den Führenden – ein Effekt, der im Radsport bekannt ist, im Langstreckenlauf jedoch bislang unterschätzt wurde. Je nach Position im Feld kann schon das Laufen im Windschatten spürbare Vorteile bringen: Wer dicht hinter anderen Athleten läuft, spart im Marathon bis zu 20 bis 30 Sekunden. Kombiniert mit weiteren aerodynamischen Optimierungen lässt sich die Zielzeit unter realistischen Rennbedingungen sogar um 30 bis 40 Sekunden verkürzen.

Kleine Details, große Wirkung: Kleidung und Frisur spielen nach wie vor eine Rolle

Die Studie verbindet Formationstaktiken mit bestehenden aerodynamischen Erkenntnissen und erweitert diese um ein neues Modell für den Langstreckenlauf. Das Ergebnis: Wer enganliegende Kleidung trägt, seine Frisur strömungsgünstig gestaltet oder aerodynamische Kopfbedeckungen nutzt, kann den Luftwiderstand senken – und so je nach Situation fünf bis zehn Sekunden Zeit gewinnen.

Auch wenn diese einzelnen Effekte auf den ersten Blick marginal wirken, machen die Forschenden ihre Relevanz deutlich: Bei Elite-Marathons entscheiden oft Sekunden über Sieg oder Niederlage. Entsprechend groß ist das Potenzial, wenn sich mehrere aerodynamische Verbesserungen summieren. Ein Blick auf den aktuellen Marathon Weltrekord von 2:00:35 verdeutlicht die Dimension – eine Zeitersparnis von 30 bis 40 Sekunden kann für Spitzenläufer den Unterschied zwischen einem Podiumsplatz und dem Sieg bedeuten.

Die bislang umfassendste Studie zur Aerodynamik beim Marathon

Die Simulationsstudie unter Leitung von Professor Bert Blocken von der Heriot Watt University ist die erste, die die Aerodynamik von Marathonläufergruppen mit bis zu 45 Athleten simuliert und experimentell überprüft. Mit der Simulations- und Analysesoftware des Herstellers untersuchte das Team mehr als 24 unterschiedliche Laufformationen. Dazu zählten variierende Abstände, seitliche Anordnungen, gemischte Gruppen aus Frauen und Männern sowie versetzte Aufstellungen.

Präzision trifft Sicherheit

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Um die Nähe zur Praxis zu gewährleisten, überprüfte das Team die Simulationen mit Windkanaltests an zwei unabhängigen Standorten. So sollten die berechneten Strömungsmuster reale Laufbedingungen möglichst exakt abbilden. „Wir können nicht jede Rennsituation realistisch abbilden“, erklärt Blocken. Ziel der Arbeit sei es jedoch, klar zu zeigen, welche aerodynamischen Strategien den größten Nutzen bringen – und wie sich Läufer positionieren können, um Energie zu sparen und ihre Leistung über lange Distanzen zu steigern.

Was das für Läufer aller Leistungsstufen bedeutet

Die Ergebnisse sind nicht nur für Spitzensportler von Bedeutung, die historische Rekorde anstreben, sondern auch für Freizeitläufer.

Dies wird durch die Studie bestätigt:

• Gemeinsam laufen: Wer in der Gruppe bleibt, profitiert vom Windschatten und spart Energie.

• Hintereinander statt nebeneinander: Eine Reihenformation reduziert den Luftwiderstand für alle Beteiligten.

• Kräfte einteilen: Längeres Laufen in der Gruppe schont die Reserven für die entscheidende Schlussphase.

Für Hobbyläufer bedeutet das ganz konkret: Sie können ihr Tempo länger stabil halten, das Rennen kontrollierter einteilen – und am Ende noch einmal beschleunigen.

Im Fokus: Was moderne Simulationen heute leisten können

Die Studie betont zudem, wie wichtig moderne Simulationstechnologien für die Leistungsanalyse sind. Sie liefern Erkenntnisse, die sich unter realen Bedingungen im großen Maßstab kaum oder gar nicht experimentell erfassen lassen. Durch die Kombination hochpräziser CFD-Simulationen mit Ansys Fluent und physikalischen Windkanaltests machte Blockens Team sichtbar, wie sich die Luft durch unterschiedliche Anordnungen von Läufern bewegt. So konnten die Forschenden aerodynamische Effekte quantifizieren, die bislang als vernachlässigbar galten.

Die Arbeit knüpft außerdem an eine Reihe früherer simulationsgestützter Studien an. Dazu zählen Untersuchungen zu aerodynamischen Vorteilen im Spitzensport und bei olympischen Wettbewerben. In diesen Arbeiten hat sich die präzise Modellierung bereits als wirksames Mittel erwiesen, um sportliche Leistungen unter realen Bedingungen zu verbessern. „Die Bedeutung der Aerodynamik beim Laufen wurde lange unterschätzt. Die richtige Laufformation kann den Luftwiderstand jedoch deutlich senken, Energie sparen und Athleten unter günstigen Bedingungen dabei helfen, im Marathon Leistungen auf Rekordniveau zu erreichen“, erläutert Professor Bert Blocken von der Heriot Watt University.

„Fortschrittliche Simulationsanalysen verändern zahlreiche Branchen, von der Luft- und Raumfahrt bis hin zum Gesundheitswesen, und wir sehen nun, wie sie auch den Leistungssport prägen“, ergänzt Thierry Marchal, Industry Director Sports bei Synopsys. „Mit Software zur Analyse des Luftwiderstands, die ursprünglich für die Luftfahrt- und Automobilindustrie entwickelt wurde, lassen sich Leistungseffekte quantifizieren, die sich bei realen Marathonläufen im großen Maßstab nicht messen lassen. In Kombination mit Validierungen im Windkanal zeigt diese Studie, wie Windschatteneffekte und Formationsstrategien komplexe physikalische Zusammenhänge in konkrete Leistungsgewinne für Athleten übersetzen. Wir freuen uns sehr, diese Forschung gemeinsam mit der Heriot Watt University und weiteren weltweit führenden Wissenschaftlern voranzutreiben.“