English Nederlands

RACEFIETS versus LIGFIETS

Leo Rogier Verberne


C. Tour de France

De vraag of een wielrenner op een ligfiets de Tour de France zou kunnen winnen, is nooit beantwoord. Dat komt doordat de UCI al in 1934 de deelname van ligfietsers aan officiële wielerwedstrijden heeft verboden. En dat verbod geldt nu, 86 jaar later, nog steeds (1). Je kunt niet in zijn algemeenheid zeggen: een racefiets is sneller dan een ligfiets (of andersom). Het verschil in snelheid tussen beide fietsen is wisselend: op een vlakke weg, bij het klimmen en tijdens het dalen. Die verschillen berusten in hoofdzaak op twee fenomenen:
- je trapvermogen is groter op een racefiets
- je luchtweerstand is kleiner op een ligfiets
Die combinatie verklaart ook het snelheidsverschil onder wisselende omstandigheden bijv. tegenwind is in de vergelijking gunstig voor de ligfiets door de kleinere luchtweerstand. Een slecht wegdek (grotere rolweerstand) is gunstig voor de racefiets door het grotere trapvermogen van dezelfde berijder op deze fiets. Daarom zijn in de volgende hoofdstukken alle omstandigheden voor beide fietsen gelijk bij de snelheidsvergelijking in een model-Tour.


C 1. Model-Tour

We vergelijken een professionele racefiets met een carbon high racer (ligfiets) in een model-Tour. We nemen daarvoor de 100e editie van de Tour de France in 2013. Die bestond uit 7 vlakke etappes (samen 1339 km), 2 individuele tijdritten en 1 ploegentijdrit (samen 90 km), 5 heuveletappes (866 km) en 6 bergetappes (1108 km) (2). Daarmee was het traject van de Tour de France in 2013 in totaal 3403 km lang. Maar voor tijdritten gebruiken wielerprofs een aparte fiets en die valt buiten het bestek van onze vergelijking. Dus die 90 km hebben we van het traject afgetrokken in de model-Tour. Die wordt daarmee dan 3313 km lang (3403-90). Elke etappe in de model-Tour is een solo-rit: dus rijden in ploegverband is onmogelijk. En valpartijen komen niet voor. De wielrenner rijdt nooit lek; alle wegen zijn schoon en droog en het is altijd mooi en windstil weer.

Model-etappes
In de model-Tour zijn de 7 vlakke etappes allemaal even lang. Dat geldt ook voor de 5 heuveletappes waarin alle heuvels dezelfde even lange hellingen hebben van 4%, zowel bij de beklimming als bij de afdaling. Ook de 6 bergetappes zijn even lang en de bergen daarin hebben even lange 8% hellingen om te beklimmen en om af te dalen. De trajecten tussen twee heuvels of bergen worden in de snelheidsberekeningen als vlak beschouwd (tabel 1).

Tabel 1. Model-Tour

etappes aantal lengte per etappe vlakke km

vlak

7 1339 191.3 1339

heuvels 4%

5 866 173.2 475

bergen 8%

6 1108 184.7 744

totaal

18 3313 2558

Vlakke kilometers
De totale lengte van de 7 vlakke etappes in de Tour de France van 2013 was 1339 km (4). In de model-Tour hebben ze dezelfde totale lengte en dus is elke vlakke etappe 191.3 km lang (1339/7). De 5 heuveletappes zijn samen 866 km lang en ze worden in de model-Tour elk dus 173.2 km (866/5). De gezamenlijke lengte van de 6 bergetappes is 1108 km en ze zijn elk 184.7 km lang (1108/6). Maar de trajecten tussen de heuvels en de bergen worden in de model-Tour ook als vlak beschouwd. Dus het aantal vlakke kilometers is meer dan alleen de vlakke etappes. Bij de heuveletappes gaat het daarbij om 5 x 95 = 475 km (zie hierna); bij de bergetappes om 6 x 124 = 744 km. Zo heeft de model-Tour in totaal 2558 vlakke kilometers (tabel 1).

Heuveletappes
In de 5 heuveletappes van de Tour de France in 2013 zaten in totaal 15 beklimmingen, samen goed voor 195.5 klimkilometers (4). Elke heuveletappe in de model-Tour krijgt dus 39.1 km aan 4% hellingen (195.5/5) om te beklimmen en 39.1 km om af te dalen, verdeeld over 3 heuvels per etappe. Daarmee heeft elke heuveletappe 95 km aan vlakke tussentrajecten (173.2-78.2) en is het totale aantal vlakke kilometers in de heuveletappes 5 x 95 = 475 km (tabel 1).

Bergetappes
In de 6 bergetappes van de Tour de France in 2013 zaten 15 bergen: 8 van 1e categorie en 7 van de buitencategorie. Die waren samen goed voor 209.7 klimkilometers (4). Elke bergetappe in de model-Tour krijgt daarom (afgerond) 35 km aan 8% hellingen (209.7/6) om te beklimmen, verdeeld over 2.5 berg per etappe (15/6). Elke afzonderlijke berghelling is dus 14 km lang (35/2.5). In de echte Tour de France van 2013 lag in 4 van de 6 bergetappes de finish op een bergtop. Dus waren er in totaal maar 11 afdalingen (i.p.v. 15). In de bergetappes van de model-Tour samen wordt dus 11 x 14 = 154 km gedaald of 25.7 km per etappe (154/6). Zo is elke bergetappe van de model-Tour 184.7 km lang en bestaat uit 35 km klimmen en 25.7 km dalen plus 124 km aan vlakke tussentrajecten (184.7-60.7). Het aantal vlakke kilometers in de bergetappes is dan 6 x 124 = 744 km (tabel 1).

Racefiets
De racefiets van Chris Froome (afb. 1) heeft een kaal gewicht van 6.8 kg. Met een vermogens- en snelheidscomputer en een gevulde bidon wordt hier als rijklaar gewicht met 8 kg gerekend. De fiets heeft tubes i.p.v. bandjes. Dat brengt de rolweerstandscoëfficiënt (Cr) van 0.006 (met bandjes) naar circa 0.005 (tabel 2). Zijn fietshouding (afb. 3) is in een windtunnel geoptimaliseerd. Daardoor is zijn frontoppervlak (met de handen in de beugels) teruggebracht van 0.4 naar ± 0.35 m². De luchtweerstandscoëfficiënt (Cd) in zijn gebruikelijke fietskleding is geschat op 0.9 (tabel 2).


racefiets van Froome

Afb. 1 Racefiets, rijklaar gewicht 8 kg (foto Pinarello)


high racer

Afb. 2 Ligfiets, rijklaar gewicht 10 kg (foto M5 Ligfietsen)

Ligfiets
De carbon high racer waarmee we vergelijken (afb. 2) is langer dan de racefiets en heeft een kaal gewicht van 9 kg. Met de vermogens- en snelheidsmeter plus een gevulde bidon, wordt als rijklaar gewicht met 10 kg gerekend (tabel 2). Die 2 kg méér zijn een nadeel voor de snelheid omdat het de rolweerstand en de hellingweerstand groter maakt. Bovendien is de ketting van de ligfiets bijna driemaal zo lang. Dat vereist geleiding om slingeren te voorkomen en daardoor is de geschatte intrinsieke weerstand van de high racer 7% (tegen 5% bij de racefiets). De wielen en tubes bepalen de Cr-waarde en zijn bij de racefiets en de high racer gelijk. Het frontoppervlak (A) van Chris Froome op deze ligfiets is geschat op 0.2 m². De Cd-waarde (stroomlijn) is 0.9 en op beide fietsen gelijk (tabel 2).

Tabel 2. Specificaties van de racefiets en de ligfiets

w
kg
Pb
%
Cr

A
Cd

racefiets

8 5 0.005 0.35 0.9

high racer

107 0.005 0.2 0.9


Wielrenner
Chris Froome is in onze model-Tour de berijder van beide fietsen. Hij is 1.86 m lang en weegt 67.5 kg (3). Met fietskleding, helm, bril, handschoenen, hartslagmeter, ‘oortje’ plus zender/ontvanger en na een stevig ontbijt rekenen we met 70 kg als zijn rijklaar gewicht. Zijn trapvermogen gedurende 1-uur op de racefiets is bij de snelheidsberekeningen in de model-Tour geschat op 450 watt. Bij die berekeningen voor de ligfiets is het 1-uurs trapvermogen van Froome 20% lager ingeschat dan op zijn racefiets dus 0.8 x 450 = 360 watt. Dit zijn de condities waaronder hij de model-Tour op beide fietsen voltooit.

Chris Froome

Afb. 3 Chris Froome, geschat frontoppervlak A = 0.35 m²
(foto The Telegraph)

Model-Tour-fietser versus toerfietser
De profwielrenner in deze model-Tour en zijn racefiets verschillen aanzienlijk van de toerrijder en zijn fiets in de voorgaande hoofdstukken. Het 1-uurs trapvermogen van Chris Froome (450 watt) is tweemaal zo groot als dat van de toerfietser (225 watt); en door een betere fietshouding is zijn frontoppervlak kleiner (0.35 i.p.v. 0.4 m²). Dat maakt zijn luchtweerstand kleiner. Bovendien wegen Froome en zijn racefiets rijklaar resp. 5 en 2 kg minder dan de toerrijder en zijn fiets. Dat maakt de rolweerstand en de hellingweerstand voor de wielrenner kleiner. Door dit alles is de wielerprof niet alleen veel sneller dan de toerfietser. Het verandert ook de snelheidsverschillen tussen de racefiets en de high racer enigszins: met Froome op beide fietsen zijn die verschillen anders dan de rekenresultaten in de voorafgaande hoofdstukken met de toerfietser als de berijder (B2-7).

Conclusies
1. Door de uitsluiting van ligfietsers van officiële wielerwedstrijden is een rechtstreekse confrontatie tussen racefietsen en ligfietsen in bijv. de Tour de France onmogelijk.
2. De wisselende snelheidsverschillen tussen beide fietsen berusten vooral op:
- een groter trapvermogen bij het rijden op een racefiets
- een kleinere luchtweerstand bij het rijden op een ligfiets
3. Voor de snelheidsvergelijking van een racefiets en een ligfiets heb je dezelfde wielrenner nodig op beide fietsen, dezelfde fietsroute en gelijke weersomstandigheden: dus een model-Tour.
4. De 100e Tour de France van 2013 staat hier model voor de theoretische vergelijking van een racefiets en een ligfiets met Chris Froome als de berijder van beide fietsen.
5. De ligfiets is 2 kg zwaarder en heeft 2% meer intrinsieke weerstand; dat is allebei nadelig bij de snelheidsvergelijking.

Bronnen
1. Wikipedia: Werelduurrecord (wielrennen)
2. Wikipedia: 2013 Tour de France
3. Wikipedia: Chris Froome
4. Harmen Lustig: De bergen in de tour van 2013

lees verder

© Leo Rogier Verberne
ISBN/EAN:978-90-830515-0-5
www.recumbentcycling.org