Start Omhoog Vélo-Physique Bicycle Physics Fisica de la Bici
                                            Het werelduurrecord achter derny
                

    


book stores

Het werelduurrecord achter derny staat op naam van Maas van Beek. Van Beek reed op 21 Mei 2010  in één uur 66.288 km  op de wielerbaan van Moscou achter gangmaker Wilco Van Der Hoorn. Daarmee reed een man van 54 jaar het vorige record van  Mathé Pronk naar de geschiedenisboeken. Dat dit geen toevallige prestatie is blijkt uit het feit dat hij dit record eigenlijk reeds had verbeterd in December 2009. Deze eerste prestatie werd echter niet gehomologeerd door de UCI om onduidelijke redenen, waarschijnlijk omwille van enkele procedurefoutjes.
Eerst moeten we een misverstand uit de weg ruimen: We spreken over een werelduurrecord (WUR) maar het gaat eigenlijk om een beste werelduurprestatie (BWUP). Dit is een essentieel onderscheid dat in het leven is geroepen door de UCI omdat het niet logisch of mogelijk is om het werelduurrecord van b.v. Eddy Merckx op een klassieke fiets te gaan vergelijken met de prestatie van Chris Boardman op een aërodynamische spacebike. Een Werelduurrecord moet dus gereden worden op een klassieke fiets onder zeer strikte technische parameters, terwijl een BWUP mag gebruik maken van speciale geometrieën en andere snufjes zoals volle wielen etc...

Achter derny bestaat alleen een beste werelduurprestatie BWUP om de eenvoudige reden dat de invloed van de gangmaker onmogelijk kan gestandaardiseerd worden. Indien we in de praktijk spreken over een WUR achter derny is dit dus eigenlijk verkeerd. Het eigenaardige van deze situatie is dat er dus volgens de UCI regels met volle wielen,en aërodynamische frames zou mogen gereden worden maar dat er tot nu geen enkel record met volle wielen werd gehomologeerd.
Hoe het ook zij, een uurrecord achter derny is niet alleen een sportieve top prestatie maar is ook een kristallisatie van de ganse fysica van het fietsen. Laat ons daarom een en ander uit de doeken doen.

Van het standpunt van de fysica gezien is het rijden van een WUR relatief eenvoudig. In de eerste plaats heb je natuurlijk een toprenner nodig die de prestatie aan kan. Zodra je die hebt komt het erop aan alle tegenwerkende krachten en verliezen zo klein mogelijk te maken, binnen de vastliggende regels. We moeten dus de luchtweerstand, de rolweerstand en de klimweerstand minimaliseren en bovendien ook de werkelijk gereden afstand niet groter maken dan de officieel geregistreerde afstand..

De juiste afstand
De omtrek van een wielerbaan wordt officieel gemeten op de onderste, meestal zwarte  lijn. Beneden de zwarte lijn rijden kan en mag in de praktijk niet maar boven de zwarte lijn rijden betekent een verlenging van de afgelegde afstand. Het is dus belangrijk zo dicht mogelijk bij de zwarte lijn te rijden, vooral in de bochten. Nemen we bijvoorbeeld een wielerbaan van 250 meter. De reglementaire afstand tussen de zwarte en de rode lijn is 0.70 m. Indien de helling in de bochten 45° bedraagt is de vergroting van de kromtestraal tussen de zwarte en de rode lijn gelijk aan 0.7 x cos(45°) = 0.5 meter. Voor iedere ronde legt de renner op de rode lijn dus 2 x PI x 0.5 = 3.11 meter meer af dan de officiële afstand. Op de 264 ronden die nodig zijn om de 66 km te rijden heeft de renner dus 821 meter meer gereden dan de officiële afstand. Indien de recordpoging wordt ondernomen op een baan van 333.3 meter zijn er slechts 198 rondes nodig met een afstandsverlies van slechts 616 meter.
Besluit; Kies een zo lang mogelijke wielerbaan en rij zo dicht mogelijk tegen de zwarte lijn.

De rolweerstand minimaliseren
Op een  vlakke weg is de rolweerstand evenredig met het totale gewicht van de renner en fiets. Laat ons ook veronderstellen dat de rolweerstandcoëfficiënt optimaal is m.a.w. dat de recordpoging gebeurt op een lichtlopende wielerbaan, met uiterst lichtlopende bandjes. Nemen we b.v. een rolweerstandcoëfficiënt gelijk aan 0.003. Een renner en fiets met  totale massa 75 kg die aan 66 km/h rijdt ondervindt 40 watt rolweerstandverlies. Nu moeten we echter de invloed van de bochten in rekening brengen. Op het vorige blad bespraken we reeds de centrifugale G-krachten. Het is dus gemakkelijk uit te rekenen dat een renner aan 66 km/h op een wielerbaan van 250 meter met typische kromtestraal 21 meter een totale kracht 1.91G uitoefent op de baan in de bochten. In de bochten verhoogt de rolweerstand dus tot 40 x 1.91 = 76.4 watt. Willen we deze extra rolweerstand die veroorzaakt wordt door de centrifugaalkracht verminderen dan moeten we op een grotere wielerbaan rijden met wijdere bochten. Een wielerbaan van 333 meter heeft bochten met een kromtestraal van ongeveer 28 meter. De totale rolweerstand is op deze baan dan gelijk aan 63 watt. Het is dus opnieuw duidelijk dat de grotere baan voordelig is voor de rolweerstand maar daarmee is de kous nog niet af.

Zoals we op voorgaande blad zagen is de referentiesnelheid op de zwarte lijn voor de meeste wielerbanen beduidend lager dan 66 km/h omdat de helling in de bochten te klein is. Daarom voelt de renner bij het ingaan van de bocht een duidelijke centrifugaal afschuifkracht naar boven waarop hij op twee manieren kan reageren; 1) Hoger gaan rijden, dus op de rode lijn of zelfs erboven maar dan doet hij nutteloze extra meters of 2) Een zekere schrik overwinnen en de zwarte lijn houden maar dan wordt de afschuifkracht gecompenseerd door extra zijwaartse wrijvingskracht en opnieuw een verhoging van de rolweerstand. De ideale oplossing is dus een wielerbaan zoeken waarvan de referentiesnelheid op de zwarte lijn ongeveer 66 km/h is. Dit betekent dat een ideale wielerbaan van 250 meter een helling van 58.5° in de bochten zou moeten hebben.  Voor een baan van 333 meter zou een helling van 50.8° ideaal zijn!. Een andere oplossing zou kunnen zijn een wielerbaan van 250 meter te bouwen met korte rechte lijnen en zeer brede bochten, zoals de nieuwe Nationale Wielerbaan van Portugal in Sangalhas-Anadia.

De klimweerstand minimaliseren
In iedere ronde gaan we 2 maal lichtjes omhoog rijden bij het ingaan van de bochten, en twee maal omlaag bij het uitgaan ervan. Is dit de moeite waard om aandacht aan te schenken in een recordpoing?

Nemen we even een wielerbaan van 250 m en we gaan op de rode lijn fietsen. Deze lijn ligt 1 meter van de blauwe band. De rode lijn ligt dus hoger dan de blauwe band. Deze hoogte is gelijk aan de afstand (1 meter) vermenigvuldigd met de sinus van de hellingshoek. Op de rechte lijn is deze helling van de wielerbaan ongeveer 15° waardoor de rode lijn hier op een hoogte van 26 cm ligt. In een verhoogde bocht met helling 45° ligt de rode lijn dan op een hoogte van 71 cm. In iedere ronde wordt dus 2x(71-26)= 90 cm geklommen. Voor het complete uurrecord wordt dus ongeveer 238 meter geklommen! Natuurlijk wordt er ook 238 meter gedaald maar de extra kracht die moet gezet worden bij het ingaan van de bochten kan en zal pijn doen.
Hiernaast zien we de effectieve klimhellingsgraad op de wielerbaan Sloten - Amsterdam gemeten gedurende een 8-tal ronden. De klimhellingsgraad varieert van maximaal 1.5% tot -1.5%. Indien we hoger gaan rijden vergroot natuurlijk ook de maximale hellingsgraad en het totaal aantal hoogtemeters.

Opnieuw is ons besluit; Een zo lang mogelijke wielerbaan en zo laag mogelijk blijven rijden.

De luchtweerstand minimaliseren
De luchtweerstand is de allesovereersende weerstand en de invloed van de gangmaker, de abri, is uiterst belangrijk. Algemeen wordt aangenomen dat een fietser in het zog van een voorrijder ongeveer 30% minder vermogen moet leveren. Op de piste en met een gangmaker op de derny is dit effect nog veel meer uitgesproken.  Indien er helemaal geen gangmaker is en het ook windstil is (zoals in een gesloten wielerbaan) dan zal de gemeten windsnelheid exact gelijk zijn aan de gemeten snelheid van de fietser. Met gangmaking is het verschil tussen de snelheid van de fietser, gemeten met de klassieke sensor op de wielen, en de gemeten windsnelheid gelijk aan de abri. (Equivalent aan een rugwind). De effectiviteit van de abri wordt in grote mate bepaald door 1) De afstand tussen de gangmaker en de fietser 2) Het lichaam van de gangmaker, zijn lengte en breedte 3) De houding van de fietser.
Aangezien het abri-effect niet zo maar kan berekend worden hebben we getracht dit effectief te meten d.m.v. een toestelletje dat op het stuur gemonteerd wordt en de wind ten opzichte van de fietser meet.

Hiernaast zien we een deel van een training van Maas van Beek met dernyrijder Wilco Van Der Hoorn.
De witte grafiek is de gemeten snelheid (sensor op de  wielen)
De blauwe grafiek is de windsnelheid, gemeten op het stuur.
De groene grafiek is het geleverd vermogen, in Watt.We zien in de eerste plaats dat de snelheid helemaal niet constant is. De gemiddelde snelheid is 58.9 km/h, maar die varieert systematisch tussen 57.0 km/h en 60.8 km/h. Deze veranderingen in snelheid worden veroorzaakt door de gecombineerde invloed van de klimhellingsgraad en de variaties in de abri. De abri is soms totaal, wanneer de blauwe lijn op 0 km/h komt, maar vertoont pieken rond 20-30 km/h. Het effect van de abri is dus een rugwind die ongeveer overeenkomt met 40 km/h.  Het geleverd vermogen is merkwaardig. Bij het uitkomen van de bocht, in combinatie met een perfecte abri is het vermogen gewoon zero! Maas moet hier dus helemaal niet duwen, maar gewoon meedrijven met de derny.
Bij het ingaan van de bocht moet Maas klimmen en bovendien komt hij eventjes licht uit de abri zodat hij dan ongeveer 950 Watt moet leveren. Dit vermogenverloop is moordend voor de renner. Op een 250 meter baan moet hij in één uur dus 520 keer een piek van 950 watt leveren. En dit is aan een gemiddelde trainingssnelheid van "slechts" 58.9 km/h. Stel je voor wat dit dan aan 66 km/h zal worden...
Het gemiddeld vermogen is slechts 174 Watt. Je zal zeggen dat iedere wielertoerist dit wel aan kan, en dit is inderdaad juist. Het gemiddeld vermogen heeft hier echter geen enkele betekenis aangezien de uitputting veroorzaakt wordt door de extreme vermogenspieken.Een werelduurrecord is dus echt beulenwerk dat zijn gelijke niet heeft in een gewone wedstrijd

Heeft Maas Van Beek een geheim?
Neen, maar hij doet enkele dingen wel heel goed.

1. Hij is een klein mannetje van  1.75 m en 73 kg.  Het is voor hem dus gemakkelijk om een goede gangmaker te vinden die groter en breder is dan hijzelf.
2. Gangmaker Wilco Van Der Hoorn is een stevige jongen van  1.88 m en gewicht 97 kg. Hij kan dus een heel goede abri leveren voor Maas. Het grote succes van gangmaker Joop Zijlaard is ten andere ook vooral te wijten aan zijn volumineus lichaam
3. Maas rijdt op een fiets met een kort frame. Dit kort frame heeft twee voordelen:
    1) De renner zit dichter bij de gangmaker en
    2) de renner zit in een relatief verticale positie, eigenlijk een typische stayershouding. Deze houding is comfortabeler en kan door Maas aangehouden worden omdat hij zo klein is vergeleken bij de gangmaker.
4. Maas draait een gigantisch verzet van 70 x 12 waardoor zijn trapcadans beduidend lager ligt dan die van Mathé Pronk. Daarvoor heeft hij natuurlijk meer kracht nodig, maar een lagere trapcadans eist een lager zuurstofverbruik, dus een lagere metabolische belasting.
5. Het record van Maas werd gevestigd op de wielerbaan van Moscou, van 333.3 meter.
6. Wilco Van Der Hoorn heeft zo goed mogelijk op de zwarte basislijn gereden.

Al deze punten en komma's nemen natuurlijk niet weg dat deze prestatie in de eerste plaats te danken is aan het intrinsiek talent en harde trainingswerk van Maas Van Beek

 



 

 

Laatst bijgewerkt: 23 augustus 2010