Nederlands English

LIGFIETS versus RACEFIETS

Leo Rogier Verberne



2. Trapvermogen


Bij het fietsen is je snelheid afhankelijk van je trapvermogen (pedal power of Ppe) en van de weerstand die je daarmee moet overwinnen. Bij een constante snelheid bestaat die weerstand uit 4 componenten:
1. de intrinsieke weerstand van de fiets (bike resistance of Rb)
2. de rolweerstand (roll resistance of Rr)
3. de luchtweerstand (drag of Rd). En bij het klimmen:
4. de hellingweerstand (slope resistance of Rsl).

Je kunt het verband tussen het trapvermogen, de verschillende weerstanden en de snelheid weergeven in een model (fig. 1). Om de snelheid van een high racer te vergelijken met een racefiets op de vlakke weg, bij het klimmen en het dalen, gebruiken we dit model. Daarin is het trapvermogen (Ppe) de aandrijving van de fiets die een aantal weerstanden overwint en resulteert in snelheid (v). Trapvermogen wordt gemeten in watt, de snelheid in km/uur; maar in berekeningen wordt de snelheid uitgedrukt in meters per seconde.

Fig. 1 Van trapvermogen naar fietssnelheid

diagram tour

 trapvermogen (Ppe), intrinsieke weerstand van de fiets (Rb), rolweerstand (Rr),
luchtweerstand (Rd), hellingweerstand (Rsl) en snelheid (v)

Formules
Voor het overwinnen van de intrinsieke weerstand van de fiets (Rb) is bij de racefiets circa 5% van het trapvermogen nodig, bij de high racer ± 7% (zie volgende hoofdstuk): Pb = 0.05 × Ppe resp. Pb = 0.07 × Ppe. Het deel van het trapvermogen dat nodig is om de rolweerstand (Rr) te overwinnen wordt berekend als:
Pr = m × g × Cr × v (1). Het overwinnen van de luchtweerstand (Rd) vergt aan trapvermogen:
Pd = 0.5 × ρ × A × Cd × v³ (1). Bij het klimmen is voor het overwinnen van de hellingweerstand (Rsl) aan trapvermogen nodig: Psl = m × g × % × v (1).

In deze formules is de massa (m) het rijklare gewicht in kg van de fiets plus de berijder; de zwaartekracht (gravity) g = 9.81 m/s²; de rolweerstandscoëfficiënt (Cr) is een dimensieloos getal. De letter d staat voor drag (luchtweerstand), de Griekse letter ρ (roo) voor de soortelijke massa van lucht; die is op zeeniveau 1.23 kg/m³, op 1800 m hoogte 1 kg/m³ (1). A (area) is het frontoppervlak van de berijder plus de fiets in m²; Cd is de luchtweerstandscoëfficiënt; dat is weer een dimensieloos getal als maat voor de stroomlijn. Bij het klimmen en dalen wordt de helling uitgedrukt als percentage (%). De formules worden toegelicht in de volgende hoofdstukken.

De fietsen
Voor de snelheidsvergelijking op de vlakke weg, bij het klimmen en het dalen, wordt een racefiets genomen met een rijklaar gewicht van 10 kg (afb. 1) en vergeleken met een carbon high racer van hetzelfde gewicht (afb. 2). Beide fietsen hebben dezelfde 28 inch wielen en dezelfde banden met kevlar tegen het lekrijden. De berijder van beide fietsen is een toerrijder met een startklaar gewicht van 75 kg. Bij de berekeningen wordt tijdens het fietsen steeds een droge en vlakke asfaltweg verondersteld zonder hobbels en scheuren en het is in deze berekeningen altijd windstil weer. Op beide fietsen wordt steeds solo gereden, zonder valpartijen of lekrijden. Trapvermogen en snelheid zijn in deze berekeningen steeds gemiddelde waarden.

mijn racefiets

Afb. 1 Racefiets van staal, rijklaar gewicht 10 kg (Photographie L’Alpe d’Huez)


ligfiets-ketting

Afb. 2 High racer van carbon, rijklaar gewicht 10 kg (foto M5 Ligfietsen)

Vermogensmeter
Voor meting van het trapvermogen (Ppe) zijn verschillende vermogensmeters te koop; maar die zijn (anno 2017) nog duur en worden vrijwel uitsluitend gebruikt door beroepswielrenners. Bij het SRM-systeem (Schoberer Rad Mess-systeem) (afb. 3) meten rekstroken tussen crank en kettingblad de trapkracht (4). Daaruit wordt het trapvermogen berekend in een computertje op het stuur. De prijs van een SRM-meter is tussen 2000.- en 3.500 euro (anno 2017).

SRM vermogensmeter

Afb. 3. SRM wireless training system (2)

Ook Garmin en Look Keo brengen vermogensmeters op de markt (afb. 4). Die meten de trapkracht in de pedaalassen (2). Daardoor zijn ze eenvoudig over te zetten van de ene fiets op de andere. De huidige prijs is circa € 1.150,- Op de bijbehorende fietscomputer kan ook de snelheid worden afgelezen.

power pedal

Afb. 4 Garmin Vector Power pedals (1)

Trapvermogen en snelheid
Op een vlakke en gladde asfaltweg bij windstil weer levert een trapvermogen van 50 watt bij deze toerfietser op de racefiets, met de handen in de beugels, een snelheid op van 17.1 km/uur. Op de high racer is dat op dezelfde weg en met hetzelfde trapvermogen 19.9 km/uur (tabel 1). Bij 500 watt wordt dat resp. 44.3 voor de racefiets en 54.7 km/uur voor de high racer (de berekeningen worden toegelicht in de volgende hoofdstukken). Bij hetzelfde trapvermogen is de high racer op de vlakke weg altijd sneller dan de racefiets. Dat verschil loopt op van 16.4% (bij 50 watt) tot 23.5% (bij 500 watt). Dus bij een toenemend trapvermogen wordt het snelheidsverschil tussen de racefiets en de high racer steeds groter (tabel 1 en fig. 2).

Tabel 1. Trapvermogen en snelheid (km/uur) op een vlakke weg

50
watt
100
watt
150
watt
200
watt
300
watt
400
watt
500
watt

racefiets

17.1 23.6 28.0 31.4 36.7 40.8 44.3

high racer

19.9 28.3 33.9 38.3 45.0 50.3 54.7

verschil (%)

+16.4 +19.9 +21.2 +22.0 +22.6 +23.3 +23.5


trapvermogen en snelheid op een vlakke weg

Fig. 2 De snelheidstoename bij toenemend trapvermogen is niet lineair

Snelheid en trapvermogen
Omgekeerd is voor het bereiken van een bepaalde snelheid op de racefiets en de high racer een verschillend trapvermogen nodig. Zo is voor een snelheid van 10 km/uur het vereiste trapvermogen op de racefiets 19.7 maar op de ligfiets 17.5 watt; een verschil van 11.2% (tabel 2). Bij een snelheid boven 40 km/uur moet je trapvermogen op de racefiets al meer dan 40% groter zijn om in snelheid te kunnen concurreren met de ligfiets. Bij 50 km/uur is het vereiste trapvermogen resp. 697.7 en 393.7 watt; een verschil van 43.6% (tabel 2). Dus bij toenemende snelheid wordt het verschil tussen de racefiets en de high racer steeds groter wat betreft het vereiste trapvermogen (fig. 3). De berekeningen worden toegelicht in de volgende hoofdstukken.

Tabel 2 Snelheid en trapvermogen (watt) op een vlakke weg

10
km/h
30
km/h
50
km/h
70
km/h

racefiets

19.7 178.6 697.7 1814.5

high racer

17.5 113.7 393.7 979.1

verschil (%)

-11.2 -36.3 -43.6 -46.0


snelheid en trapvermogen op een vlakke weg

Fig. 3 De toename van het vereiste trapvermogen is niet lineair

Trekken aan het stuur
Het verschil in snelheid tussen de racefiets en de high racer is in werkelijkheid minder groot dan in deze tabellen en figuren is weergegeven. Dat komt doordat dezelfde berijder op een racefiets een groter trapvermogen kan ontwikkelen dan op een ligfiets. Waarschijnlijk is trekken aan het stuur op de racefiets een meer efficiënte manier om trapkracht op de pedalen over te brengen dan afzetten met je rug tegen de leuning van de kuipstoel op een ligfiets. Want trekken aan het stuur van de high racer (zoals die tot nu toe wordt geconstrueerd) verandert je trapvermogen niet. Daarvoor zou je de positie van het stuur moeten aanpassen d.w.z. de hoek in het balhoofd kleiner maken en de stuurstang moeten inkorten (afb. 2). Alleen op de zogenoemde ‘roeifiets’ (een speciaal type ligfiets) is trekken aan het stuur een essentieel onderdeel van de aandrijving. Dat werkt zó efficient dat sterke rijders met een slippend achterwiel kunnen optrekken. Enkele van hen hebben op zo’n roeifiets zelfs de Marmotte (een Franse klim-klassieker) tot een goed einde gebracht. Andere ligfietsers zijn daar nooit in geslaagd, voor zo ver ik weet.

Duurvermogen
Hoeveel trapvermogen kan dezelfde fietser ontwikkelen gedurende een uur op een racefiets en hoeveel op een high racer? Dat is tot nu toe niet vergeleken. Het 1-uurs trapvermogen van een fietser op de high racer is naar schatting circa 20% kleiner dan op een racefiets. Een toerfietser die op de racefiets gedurende een uur 225 watt kan trappen, zal op de high racer waarschijnlijk niet verder komen dan 180 watt. Dit verschil in trapvermogen compenseert voor ruwweg de helft van het snelheidsverschil tussen beide fietsen. Dus bij wedstrijden op de vlakke weg tussen wielrenners op racefietsen en op high racers zou de strijd nog altijd ongelijk zijn. Het besluit van de UCI (Union Cycliste Internationale) om geen ‘gemengde’ wedstrijden toe te staan voor racefietsers en ligfietsers is dus begrijpelijk.

Conclusies
1. Trapvermogen genereert fietssnelheid door resp. de intrinsieke weerstand van de fiets, de rolweerstand, de luchtweerstand en (bij het klimmen) de hellingweerstand te overwinnen.
2. Bij hetzelfde trapvermogen is de high racer op de vlakke weg sneller dan de racefiets; bij trapvermogens boven 100 watt is dat verschil meer dan 20%.
3. Voor dezelfde snelheid is op de high racer minder trapvermogen nodig dan op de racefiets; bij snelheden boven 40 km/uur is dat verschil meer dan 40%.
4. Het 1-uurs trapvermogen van dezelfde fietser is op een high racer naar schatting 20% kleiner dan op een racefiets doordat hij op de ligfiets niet kan trekken aan het stuur.

Bronnen
1. Wiel van den Broek: Technische artikelen over de fiets: Vermogen en Krachten, juni 2013. http://www.velofilie.nl/vermogen.htm
2. Jeroen van Geelen: Garmin Vector Power pedalen: Power to the people, aug. 2011. http://www.triathlon226.nl/2011/08/
3. SRM Wireless Training System, juli 2013. https://www.srm.de/store/index.php?cat=c1_Training-System.html&XTCsid=62de95bdbf0042439ac6e8284e227638
4. Guido Vroemen: ‘Watt it takes’;Vermogensmeters als hulpmiddel voor de fietstraining. Triatlon duatlon sport, febr. 2008. www.sportarts.org/pages/downloads/Vermogensmeters.pdf

lees verder

© Leo Rogier Verberne
ISBN/EAN: 978-90-825495-2-2
www.racefiets-ligfiets.nl


Lulu ligfiets-versus-racefiets

De luxe hardcover uitgave is hier te bestellen.