Een andere kijk op ligfietsen

[GeertJ]

Gisteren stomweg eens in google achter ligfietsen gezocht, en daar kwam volgend artikel tevoorschijn. Wat er allemaal van klopt weet ik niet, maar het is wel eens een andere gedachtegang, waarom dat ligfietsen (over het algemeen) sneller zijn dan even goed getraind bukkers.

link naar het artikel: http://www.bewegingswetenschappen.org/juni%202002.pdf

Als je slim je spieren wilt gebruiken, ga je ligfietsen!
(Hans H.C.M. Savelberg, Bewegingswetenschappen, Universiteit Maastricht)
Op een ligfiets kun je harder gaan dan op een bukfiets; dat lijkt een feit. Veelal wordt dit effect afgedaan als het
gevolg van een lagere luchtweerstand van ligfietsen en wordt daarmee aan ligfietsers iets van oneerlijkheid
toegeschreven. Ligfietsers zouden minder tegenwerking hoeven te overwinnen, het is alsof ligfietsers worden beticht
van het afsnijden van een route. Ligfietsen wordt zo een soort omgekeerde doping; niet het prestatievermogen
wordt verhoogd, maar het gevraagd vermogen wordt teruggebracht. Wie niet sterk is moet slim zijn, geldt niet
langer. Want wie slim is, lijkt minder heroïek mee te brengen. Over de heroïek van lig- en bukfietsen wil ik het hier
niet hebben, wel over de vraag of ligfietsers misschien inderdaad slimmer zijn dan bukfietsers, en waaruit die
slimheid dan blijkt. Het idee van verminderde luchtweerstand wordt gevoed door prestatie van zowel gestroomlijnde
bukfietsers [o.m. Chris Boardmans werelduurrecord] en de [echte] werelduurrecords voor tweewielers die in
futuristische gestroomlijnde ligfietsen gerealiseerd worden.
Luchtweerstand wordt bepaald door de luchtdichtheid,
het frontale oppervlak van fietsers en tweewieler samen,
de luchtweerstandcoëfficiënt en de relatieve snelheid ten
opzichte van de lucht. Voor de vergelijking van lig- en
bukfietsen zijn enkel het frontale oppervlak en de
luchtweerstandcoëfficiënt van belang. Verder is het
belangrijk zich te realiseren dat fietsend vermogen niet
alleen opgesnoept wordt door de luchtweerstand, maar
ook door de interne wrijving in het mechaniek van de
fiets en de rolweerstand. Deze zullen voor buk- en
ligfietsen gelijk zijn, en spelen ook een veel geringere
rol dan luchtweerstand omdat ze onafhankelijk zijn van
de voortbewegingssnelheid. De luchtweerstancoëfficiënt
en het frontale oppervlak zijn factoren die wel
verschillen tussen lig- en bukfietsers, en die het verschil
in prestatievermogen zouden kunnen verklaren. Het
frontale oppervlak is redelijk eenvoudig te bepalen, het
frontale oppervlak van ligfietsers wordt geschat op zo’n
70% van dat van racefietsers. De luchtweerstandcoëfficiënt
daarentegen is minder eenvoudig te meten.
De luchtweerstandcoëfficiënt is een maat voor het
gemak waarmee lucht langs een voorwerp stroomt.
Zowel de aard van het materiaal waarover de lucht
stroomt, als de verhouding tussen lengte en breedte van
het voorwerp waar de lucht langs stroomt beïnvloeden
de luchtweerstandcoëfficiënt. De waarde voor deze
coëfficiënt varieert voor verschillende fietsontwerpen
ergens tussen de 0.0 (weinig) en 1.
Voor het soort ligfietssigaren waarmee werelduurrecords
gevestigd worden is het evident dat zowel een
kleiner frontaal oppervlak als een lagere luchtweerstandcoëfficiënt
de luchtweerstand gunstig beïnvloeden
in vergelijking tot de best geprepareerde bukfietsers
[Boardman]. Dit gunstige verschil ten opzichte van
bukfietsers geldt echter zeker niet voor de
ongestroomlijnde ligfietsers, en ook zij gaan relatief
hard. Zo werden in 2000 in een tijdrit over ruim 3Km,
waarin zowel lig- als bukfietsers mochten deelnemen,
130 wielerprofs door een amateurligfietser naar huis
gereden http://www.ligfiets.net/nieuws/bericht.php3?id=29 .
Niet alleen de mate van professionaliteit was in dit
geval in het nadeel van de ligfietser, ook het gewicht
van de fiets [7.5 vs 13 kg] en de lengte en aard van het
parcours [kort en gedeeltelijk lichtstijgend] werkten de
ligfietser tegen. Ook ongestroomlijnde ligfietsers hebben
een kleiner frontaal oppervlak dan bukfietsers, maar
het is zeer de vraag of voor hen ook de luchtweerstandcoëfficiënt
gunstiger is. Bukfietsers nemen door hun
gekromde rug min of meer een eivorm aan. Qua
luchtweerstandcoëfficiënt is een eivorm optimaal.
Ongestroomlijnde ligfietsers vormen eerder een soort
spoiler. Het is niet ondenkbaar dat door de houding
bukfietsers juist een lagere luchtweerstandcoëfficiënt
hebben dan ligfietsers, en dat dit het nadeel van een
groter frontaal oppervlak compenseert. Echter de
exacte waarden zijn dynamisch moeilijk te bepalen.
Wanneer ongestroomlijnde ligfietsers helemaal niet
minder vermogen verspillen aan het overwinnen van de
luchtweerstand dan bukfietsers, dan moeten prestatieverschillen
tussen beide groepen tweewielers aan andere
factoren toegeschreven worden. Principieel zijn er twee
opties, òf ligfietsers verspillen minder energie òf ze zijn
in staat meer energie te leveren dan bukfietsers. De
eerste optie is hiervoor al besproken en lijkt af te
vallen.

Als ligfietsers meer vermogen kunnen leveren, dan zou
dat het gevolg kunnen zijn van òf een soort selectie,
waarbij sterkere, meer vermogende mensen zich
aangetrokken voelen tot ligfietsen òf ligfietsers
gebruiken hun spieren op een efficiëntere wijze. De
eerste optie lijkt een puur theoretische, dus laten we
eens kijken welke argumenten boven tafel kunnen
komen voor of tegen het tweede alternatief. Ligfietsen
verschilt qua lichaamsoriëntatie en –configuratie van
bukfietsen. Ligfietsers trappen vooruit in plaats van
naar beneden. Waar bij bukfietsers de richting van de
zwaartekracht parallel is aan de lijn tussen zadel en
trapas, staat de zwaartekracht bij ligfietsers loodrecht
op diezelfde lijn. Ook de configuratie van het lijf
verschilt; in vergelijking tot bukfietsers hebben
ligfietsers een meer gestrekte houding, romp en
bovenbeen liggen gemiddeld meer in elkaars verlengde.
Beide factoren kunnen theoretisch de rekrutering van
spieren en daarmee de efficiëntie van het fietsen
beïnvloeden.

Het vermogen dat een fietser levert is gelijk aan de
integraal van het scalair product van de hoeksnelheid
van de crank en de kracht op het pedaal. Bij een gelijke
hoeksnelheid betekent dat dat maximalisatie van de
component van de pedaalkracht in de richting loodrecht
op de crank leidt tot een groter vermogen. In een keten
van lichaamsdelen, een fietsend been bijvoorbeeld,
wordt de grootte en de richting van een externe kracht,
zoals de pedaalkracht, bepaald door de afstemming van
de verschillende krachten die op de lichaamssegmenten
werken. Belangrijke krachten zijn de spierkrachten en
de zwaartekracht. Door lichaamsoriëntatie en –
configuratie te manipuleren worden spierkrachten en de
richting van de zwaartekracht ten opzichte van de
lichaamssegmenten beïnvloed.

Van Ingen Schenau et al. [o.m. 1992] hebben
overtuigend aangetoond dat de afstemming tussen
mono- en biarticulaire [ant]agonisten bepalend is voor
de richting van een externe kracht. Zo lieten ze zien dat
om een [pedaal]kracht voorwaarts te richten
coactivatie van mono-articulaire heupstrekkers en
biarticulaire kniestrekkers/heupbuigers ideaal is. Om
een externe kracht naar achteren te richten is
afstemming tussen monoarticulaire kniestrekkers en
biarticulaire heupstrekkers/kniebuigers nodig. Door de
lichaamsoriëntatie te veranderen, wordt de heuphoek
als functie van de hoek van de crank veranderd.

Hierdoor zal de lengte van de spieren die het
heupgewricht overspannen veranderen.Omdat de lengte
van spieren bepalend is voor de kracht die een spier kan
leveren, zal een heuphoekverandering theoretisch
invloed kunnen hebben op de afstemming tussen monoen
biarticulaire spieren, en daarmee op de richting van
de externe kracht. Een recente, Maastrichtse studie
[intrapersoonlijke communicatie ☺] laat zien, dat bij
fietsen EMG-activiteit van een groot aantal
beenspieren, heup- en enkelgewrichthoeken, en lengte
waarbij spieren actief zijn afhankelijk is van de
lichaamsconfiguratie, i.c. de heuphoek. Hoewel deze
studie niet aantoont dat lichaamsconfiguratie invloed
heeft op het externe vermogen, lijkt ze de hypothese te
steunen dat lichaamsconfiguratie een effect heeft op het
vermogen dat geleverd wordt.

Door de lichaamsoriëntatie te veranderen wordt de
richting van de zwaartekracht ten opzichte van het
strekkende en buigende been gemanipuleerd. Doordat
fietsen een cyclische beweging is zal de zwaartekracht
in het ene deel van de trapcyclus de beweging
tegenwerken, en in het andere deel haar juist
ondersteunen. Dit zal niet anders zijn voor ligfietsen
dan voor bukfietsen. Maar ook de zwaartekracht maakt
deel uit van het samenspel van mono- en biarticulaire
spieren dat de richting van de pedaalkracht bepaalt.
Een verandering in de bijdrage van de zwaartekracht
heeft invloed op de noodzaak om mono- of biarticulaire
spieren te recruteren, en dus op de richting van de
pedaalkracht. In hoeverre deze theoretische optie ook in
de praktijk een relevante rol speelt is nog niet duidelijk.

Een energetisch voordeel van ligfietsen ten opzichte van
bukfietsen, dat traditioneel aan een verschil in
aerodynamica wordt toegeschreven, lijkt zeker voor een
deel ook door een verschil in spierdynamica verklaard
te worden. Het verschil zou dan niet zo zeer bestaan uit
een reductie van verliezen aan de luchtweerstand, maar
uit een optimaler inzet van spiervermogen. Ook lijkt een
effect van lichaamsconfiguratie, en mogelijk van
lichaamsoriëntatie er op te duiden dat er eerder winst te
halen is door het optimaliseren van fietsontwerpen dan
door het verminderen van het gewicht of de
luchtweerstand van een fiets en fietser. Zijn ligfietsers
dan toch gewoon slimmer?
Van Ingen Schenau, G.J. et al. [1992] Neuroscience, 46[1]:
197-207.

[Willem]

Interessant...
Hoewel ik er toch van overtuigd blijf dat aerodynamica ook een grote rol speelt. Hoe verklaar je anders het verschil in snelheid tussen bvb een Challenge Wizzard en een Challenge Jester?
Doet me trouwens denken aan Brecht zijn betoog voor meshstoeltjes: meer spieren betrekken in je beweging = meer snelheid/uithouding.