Start Vélo-Physique Bicycle Physics Fisica de la Bici
                                            Op de Piste
                

 Het werelduurrecord achter derny   

Fietsen op piste, wielerbaan of velodroom is een bijzondere ervaring. Er gaat een soort betovering uit van het rijden op een elegante ovaal met steile bochten, en dit met een oerfiets zonder remmen of versnellingen. Een piste is een kathedraal van de wielersport en een pistemeeting is als een hoogmis. Het is dan ook niet te verwonderen dat de wielrennerij een eerste grote piek in populariteit heeft gekend rond het jaar 1900 en dat dit voornamelijk te danken was aan de vele gesloten circuits in Europa, de Verenigde Staten en Australië. In die tijd waren wielrenners de best betaalde sportmensen ter wereld (dit is ondertussen wel even anders) en wielrennen was in de USA zelfs populairder dan de nationale sport baseball. Een van de allereerste velodrooms werd gebouwd in 1884 in Springfield - Massachussetts. Pistemeetings konden toen gemakkelijk rekenen op 20000 toeschouwers. .

In Parijs waren er begin 1890 reeds 4 wielerbanen. We kunnen dus alleen maar betreuren dat vandaag een E.K. of zelfs W.K. pistemeeting in ons land nog nauwelijks volk trekt

De magische piste Vigorelli in Milaan werd gebouwd in 1935 en was gedurende veel jaren de snelste piste op aarde. Het geheim van de Vigorelli is de specifieke houtsoort; zeer harde Siberische den dat zeer glad geschuurd werd en bij valpartijen niet versplintert. Toen Rome in 1960 de Olympische spelen organiseerde wilden ze absoluut een piste die nog beter dan de Vigorelli moest zijn. De beroemde pistebouwer Herbert Schurmann ging samen met professor Giordano op zoek naar een betere houtsoort. Zij testten 25 extraharde houtsoorten en kozen tenslotte het tropische hout Afzelia Doussie uit Kameroen. Of de piste in Rome nu echt sneller is dan de Vigorelli is moeilijk te bewijzen maar het is wel daar dat Ferdinant Bracke zijn werelduurrecord heeft gereden.

Het zal je misschien al opgevallen zijn dat pistewedstrijden gereden worden in de zin die tegengesteld is aan de wijzers van een uurwerk , zogenaamd linksdraaiend. Dit is eigenlijk wel eigenaardig en het is ook zo voor atletiek loopnummers, paardenrennen, schaatsnummers enz…

Heeft dit een bepaalde reden? Het zou natuurlijk perfect mogelijk zijn in de andere richting te rijden. Voor zover we kunnen natrekken werden de paardenrennen in het oude Rome ook reeds linksdraaiend gehouden en op de meeste Griekse vazen zien we ook atleten of paarden etc… linksdraaiend lopen. Blijkbaar ligt er dus in de oudheid een diepe reden die deze linksdraaiendheid kan verklaren. In de oudheid is bij alle volkeren het observeren van de sterren en hemellichamen de voornaamste bron van wetenschap, van mythologie en zelfs van Godsdienst. Welnu kijken we even naar de sterrenhemel; De enige ster die in de loop van de nacht schijnbaar niet beweegt is de poolster. Alle andere sterren draaien schijnbaar rond de poolster en dit in tegenwijzerszin. Daardoor heeft de mens waarschijnlijk sinds enkele duizenden jaren een mythische voorkeur voor linksdraaiendheid.

Wij zullen het hier vooral hebben over de verhoogde bochten van de wielerbaan. Die bochten zijn zo aangelegd dat iedere wielerbaan een referentiesnelheid heeft. Wanneer de renner met die referentiesnelheid door de bocht gaat, rijdt hij loodrecht op de baan en is er geen enkele kracht die hem zou doen wegschuiven. Daardoor kunnen renners en anderen zonder schrik gemakkelijk de hele baan rondrijden zonder handen aan het stuur.

Hoe groot is deze referentiesnelheid? De meeste moderne wielerbanen zijn 250 m lang, hebben bochten met een helling  van ongeveer 45 graden, en een straal die varieert van 21 meter op de witte lijn tot 25 meter op de blauwe stayerslijn. Op deze typische baan  is de referentiesnelheid op de witte lijn gelijk aan 51.6 km/h. Verhogen we de bochten tot 50 graden dan wordt de referentiesnelheid gelijk aan 56.4 km/h (Klik)

Welke krachten spelen een rol in de bochten? De kracht die de renner uitoefent op de baan is samengesteld uit de zwaartekracht en de centrifugaal- of middelpuntsvliedende kracht. Volgens het principe van actie en reactie oefent de baan een zelfde maar tegengestelde kracht uit op de renner. De renner duwt tegen de baan, de baan duw tegen de renner. Deze reactiekracht hebben we in de figuren hieronder getekend voor een bocht met helling 45°. De blauwe pijl  F is de totale reactiekracht.. De twee rode pijlen zijn resp. de reactie op de zwaartekracht  G en de centripetaalkracht of middelpuntszoekende kracht FCP.
F
is de vectorsom van G en FCP en F gaat altijd van het contactpunt naar het massamiddelpunt van de fietser

De renner rijdt te traag in de bocht. Hij leunt niet diep genoeg en loopt gevaar naar beneden te schuiven of de baan te raken met de rechtervoet. De centripetaalkracht is kleiner dan de zwaartekracht De renner rijdt in de bocht aan de referentiesnelheid. De totaalkracht staat loodrecht op de baan, Op een helling van 45° is de centripetaalkracht  even groot als de zwaartekracht De renner rijdt sneller dan de referentiesnelheid. Hij leunt dieper dan normaal en loopt gevaar naar boven te schuiven. In de praktijk kan hij hoger in de baan gaan rijden. de centripetaalkracht is groter dan de zwaartekracht

De totaal reactiekracht is dus duidelijk altijd groter dan de zwaartekracht. Op deze 45°- baan  is de totale kracht aan de referentiesnelheid gelijk aan 1.41 keer de zwaartekracht, d.i. 1.41G. Het is dan alsof een renner van 70 kg eigenlijk 100 kg weegt. Indien de renner van 70 kg op onze voorbeeldpiste aan 70 km/h door de bocht rijdt is het alsof hij 146 kg weegt.
De pistefiets wordt dus zeer zwaar belast in de bochten. (Klik)

In 1949 werd in Berlijn waarschijnlijk de slechtste piste ooit gebouwd. Ze moest passen in een nauwe tentoonstellingshall en had daardoor bochten met een straal van slechts 15 meter. In volle sprint was de totaalbelasting gelijk aan 2.75G
Drie renners vonden hier de dood omwille van een vorkbreuk

Hoe traag kunnen we rijden in de bocht zonder af te schuiven?
Om deze vraag te beantwoorden moeten we de reeds gekende totale reactiekracht ontbinden volgens twee nieuwe richtingen n.l. de richting loodrecht op de baan, dit is de normaalkracht FN , en de richting in het vlak van de baan, de wrijvingskracht FW. Zie de beelden hieronder. Wanneer de helling van de fietser verder en verder afwijkt van de loodlijn wordt de wrijvingskracht FW groter en groter, maar deze kan nooit groter worden dan  mFN, waar m de statische wrijvingscoëfficient is. Indien m gelijk  is aan 1 is het in principe mogelijk te sur-placen zelfs in de bochten. In de praktijk zal de wrijving tussen de fijne pistetubes en de piste kleiner zijn dan 1, bijvoorbeeld  m = 0.7 In dit  geval is het mogelijk de bocht te nemen aan slechts ongeveer 22 km/h.
(Klik)

Er is dus eigenlijk weinig of geen gevaar voor afschuiven als we ten minste 20 km/h rijden

De renner rijdt te traag in de bocht. Er is een afschuifkracht naar beneden die wordt gecompenseerd door de wrijvingskracht FW De renner rijdt in de bocht aan de referentiesnelheid. De totaalkracht staat loodrecht op de baan, De wrijvingskracht FW is nul. De renner rijdt sneller dan de referentiesnelheid. Er is een afschuifkracht naar boven die wordt gecompenseerd door de wrijvingskracht FW

Is het mogelijk zo snel te rijden dat de fiets naar omhoog slipt?

Dit is inderdaad mogelijk voor hoge snelheden en vlakke bochten.

Op een wielerbaan met bochten van 30 graden, een bochtenstraal van 21 meter, en een wrijvingscoëffiënt 0.7 zou een renner omhoog glijden indien hij sneller dan 76 km/h rijdt. (Klik)

 

Laatst bijgewerkt: 23 augustus 2010