English Nederlands

RACEFIETS versus LIGFIETS

Leo Rogier Verberne


Samenvatting


Verschillende fietsen
Er zijn circa 20 miljoen fietsen in Nederland en ± 50.000 daarvan zijn ligfietsen. Van die ligfietsen bestaan zeer uiteenlopende types en maar enkele zijn te vergelijken met de gebruikelijke racefietsen. De ligfiets die daarvoor het meest in aanmerking komt is de carbon high racer omdat hij dezelfde wielen heeft en met een rijklaar gewicht van 10 kg dicht in de buurt komt van de gewone racefiets.

A. Gezondheid


Massale valpartijen in wielerwedstrijden hebben soms een invaliderende of zelfs een dodelijke afloop. Die ongelukken komen zó frequent voor dat beroepswielrenners vinden ‘dat dit er nu eenmaal bij hoort.’ Daarbij steekt op een racefiets je hoofd naar voren; op een ligfiets steken je voeten vooruit en vangen de klap op bij botsingen en valpartijen. Voorts ontbreekt op een ligfiets de druk op je geslachtsorganen door een smal racefietszadel. En de belasting voor je hart is kleiner bij een liggende inspanning.

A 1. Hartslag
Zittend op een racefiets is je hartfrequentie (hartslag) hoger dan liggend op een high racer bij dezelfde inspanning d.w.z. terwijl je op beide fietsen hetzelfde trapvermogen levert. De zuurstofvoorziening en de bloedstroom zijn dan op beide fietsen wel gelijk, maar hetzelfde hartminuutvolume vereist een hogere hartfrequentie als je zit. Want dan verloopt de terugstroom van bloed naar het hart minder vlot dan liggend. Daardoor wordt het hart minder goed gevuld en is het slagvolume kleiner. Een hogere hartfrequentie compenseert dat kleinere slagvolume wel, maar die hogere hartslag betekent een grotere belasting voor het hart.

A 2. Geslachtsorganen
In de voorovergebogen houding op een racefiets loopt bij inspanning het zweet van de rug door de bilspleet omlaag. Rond de anus bevinden zich darmbacteriën die dan, met het zweet, de geslachtsorganen bereiken. Bij vrouwen kan dat schede- en/of blaasontsteking veroorzaken. Die ontstekingen kunnen ook worden veroorzaakt door de besmette penis van de fietsende partner. Bovendien kunnen de geslachtsorganen van mannen en vrouwen door langdurige druk van het racefietszadel gevoelloos worden. Bij mannen kunnen dan impotentie ontstaan en prostaatproblemen. Dat gebeurt niet op een ligfiets.

B. Snelheid


Eigen ervaring leerde dat je op een vlakke weg sneller bent op een (geschikte) ligfiets dan op een racefiets. Maar het beklimmen van steile hellingen was op een ligfiets haast niet te doen. Hoe moet je dat wisselende snelheidsverschil tussen beide fietsen verklaren?

B 1. Valkuilen
Wedstrijden tussen racefietsers en ligfietsers vergelijken vooral de berijders. Voor een snelheidsvergelijking van de fietsen is dezelfde berijder nodig op beide fietsen (gepaarde waarnemingen) en hetzelfde trapvermogen. Dat vereist een vermogensmeter in plaats van een hartslagmeter, omdat de hartfrequentie zittend op een racefiets hoger is dan liggend bij dezelfde inspanning. Een andere valkuil bij de vergelijking is de schatting van de luchtweerstand (frontoppervlak en stroomlijn/Cd). Fouten in die schattingen hebben grote gevolgen voor de berekende snelheid. En bij de vergelijking van het klimmen op beide fietsen moet tussentijds dalen zijn uitgesloten. Want op een ligfiets klim je langzamer dan op een racefiets, maar je daalt veel sneller. Bovendien kunnen bij de vergelijking van een racefiets en een ligfiets bestaande vooroordelen bij deelnemers en/of onderzoekers de uitslag beïnvloeden.

B 2. Trapvermogen

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)

Het trapvermogen van de berijder genereert de fietssnelheid. Met dat vermogen moeten de intrinsieke weerstand van de fiets, de rolweerstand, de luchtweerstand en (bij het klimmen) de hellingweerstand overwonnen worden. Het trapvermogen (Ppe) en de snelheid (v) kun je aflezen van de fietscomputer op het stuur. Het deel van het trapvermogen dat nodig is voor het overwinnen van resp. de intrinsieke weerstand (Rb), de rol- (Rr), lucht- (Rd) en hellingweerstand (Rsl) kun je berekenen. Bij dezelfde berijder en met hetzelfde trapvermogen is de high racer op de vlakke weg sneller dan de racefiets. Dat verschil loopt op van ruim 16% bij 50 watt trapvermogen naar bijna 24% bij een trapvermogen boven 500 watt. Maar dezelfde berijder kan op een ligfiets minder trapvermogen ontwikkelen dan op een racefiets. Waarschijnlijk is afzetten met je rug tegen de kuipstoel van een ligfiets minder efficiënt om je trapvermogen over te brengen op de pedalen dan trekken aan het stuur van een racefiets. Betrouwbare metingen hierover ontbreken.

B 3. Intrinsieke weerstand
De intrinsieke weerstand van een goed onderhouden racefiets veroorzaakt een verlies aan trapvermogen van circa 5%. Dat verlies is bij een high racer naar schatting 7% door de driemaal zo lange ketting van de ligfiets die extra geleiding vereist om slingeren te voorkomen. En die geleiding veroorzaakt wrijving. Het verschil in intrinsieke weerstand kun je meten op een rollenbank mits de rolweerstand van beide fietsen even groot is. Die meting vereist grote nauwkeurigheid omdat het gaat om een verschil van slechts 2%.

B 4. Rolweerstand
De rolweerstand is afhankelijk van het gewicht van de fiets plus de berijder, van de rolweerstandscoëfficiënt (Cr), de snelheid en het wegdek. De Cr-waarde wordt bepaald door de grootte van de wielen en het type en de spanning van de banden. Hard opgepompte tubes hebben een kleinere Cr-waarde dan banden die meer vervormen. Op een vlakke en droge asfaltweg en bij een snelheid van 30 km/uur heeft een toerfietser van 75 kg een trapvermogen van 42 watt nodig voor het overwinnen van de rolweerstand. Dat geldt zowel voor de racefiets als de ligfiets als beide fietsen hetzelfde rijklare gewicht van 10 kg hebben en dezelfde 28 inch wielen. Een hiermee vergelijkbare ligfiets is de low racer. Die heeft hetzelfde rijklare gewicht (10 kg), maar de low racer heeft een voorwiel van 20 en een achterwiel van 26 inch. Het trapvermogen dat de berijder nodig heeft om bij een snelheid van 30 km/uur de rolweerstand te overwinnen op deze low racer is 49 watt. Dat is 17% meer (49/42) dan op de high racer bij dezelfde snelheid. Dus grotere wielen lopen lichter.

B 5. Luchtweerstand
Voor het overwinnen van de luchtweerstand heb je bij een snelheid van 30 km/uur circa 27 maal (3³) meer trapvermogen nodig dan bij 10 km/uur. Dat geldt zowel voor de racefiets als voor de ligfiets. Op de racefiets heeft een toerfietser van 75 kg met een gemiddeld postuur die rijdt met de handen in de beugels, een frontoppervlak van circa 0.4 m². Op een high racer is zijn frontoppervlak naar schatting 0.2 m². Daardoor is zijn luchtweerstand op de ligfiets maar de helft. En zo heeft deze toerfietser op de high racer voor een snelheid van 30 km/uur op de vlakke weg een derde minder trapvermogen nodig dan op de racefiets.

B 6. Klimmen
Op een high racer kun je niet trekken aan het stuur om je trapkracht te vergroten. Daardoor zou je het rijden op een ligfiets kunnen vergelijken met een racefiets waarop je ‘met losse handen’ rijdt. Hoe steiler de helling hoe minder klimsnelheid. Daardoor wordt het voordeel van de kleinere luchtweerstand op de ligfiets snel kleiner op de steilere hellingen. Het nadeel van naar schatting 20% minder trapvermogen van dezelfde berijder op een ligfiets blijft echter constant. Dat nadeel gaat bij het steiler worden van de hellingen al overheersen op een 1,5% helling. Daardoor is de toerfietser op de high racer nog wel 11.5% sneller op de vlakke weg, maar is hij bij het beklimmen van een 8% helling op deze ligfiets 20.4% langzamer dan bij het beklimmen van dezelfde helling op de racefiets.

B7. Dalen
Bij het dalen, zonder te trappen of te remmen, is onze toerrijder op de ligfiets sneller dan op de racefiets (met de handen in de beugels). Dat verschil in daalsnelheid tussen de fietsen wordt groter naarmate de hellingen steiler zijn. Maar het relatieve verschil blijft constant: dat is onder dezelfde standaard-condities op alle hellingen 41%. Omdat in de afdalingen niet wordt getrapt, speelt het verschil in trapvermogen van dezelfde berijder op beide fietsen geen rol. Hetzelfde geldt voor het verschil in intrinsieke weerstand tussen de fietsen: als je de benen stil houdt, is wrijving in de ketting niet aan de orde. En de rolweerstand van beide fietsen is gelijk. Dus het snelheidsverschil in de afdaling van dezelfde helling wordt uitsluitend veroorzaakt door het verschil in luchtweerstand op de racefiets en de ligfiets.

B 8. Gewicht en snelheid
Op de vlakke weg en bij het klimmen zorgt meer gewicht voor snelheidsverlies bij hetzelfde trapvermogen. Het maakt daarbij niet uit of die gewichtstoename komt door de fiets, de berijder of ev. bagage. Het verband tussen dit totale gewicht (massa) en de fietssnelheid is lineair zowel op de vlakke weg, bij het klimmen als bij het dalen. Over een afstand van 50 km op de vlakke weg kan een toerfietser van 75 kg op een racefiets van 10 kg met een trapvermogen van 225 watt een tijdwinst behalen van 5 seconden (0.1%) door 1 kg minder totaalgewicht. Door 1 kg minder gewicht duurt de beklimming van een 10 km lange 8% helling 36 seconden (1%) korter. De afdaling van die 8% helling (met de handen in de beugels) duurt door 1 kg minder totaalgewicht dan weer 4 seconden langer (0.7%).

C. Tour de France


Door de uitsluiting van ligfietsers van officiële wielerwedstrijden is een rechtstreekse confrontatie van racefietsen en ligfietsen in bijv. de Tour de France onmogelijk. 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
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.

C 1. Model-Tour
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 op beide fietsen. Maar de ligfiets is 2 kg zwaarder en heeft 2% meer intrinsieke weerstand dan de racefiets; dat is allebei nadelig bij de snelheidsvergelijking. Bovendien is het trapvermogen van Froome op de ligfiets 20% lager geschat dan op zijn racefiets. Hij rijdt alle etappes in de model-Tour solo zonder vallen of lekrijden; de wegen zijn schoon en droog, het weer is mooi en het is altijd windstil. De hellingen in de heuveletappes zijn allemaal 4%, in de bergetappes 8%. De trajecten tussen de heuvels en de bergen zijn in de model-Tour vlak.

C 2. Racefiets versus ligfiets
In de vlakke etappes van de model-Tour is Chris Froome op de ligfiets 8.7% sneller dan op zijn racefiets, hoewel de ligfiets 2 kg zwaarder is en 2% meer intrinsieke weerstand heeft; bovendien is Froome’s trapvermogen op de ligfiets 20% lager ingeschat dan op de racefiets. Bij het beklimmen van de 4% en 8% hellingen is hij op de ligfiets resp. 9% en 19.5% langzamer dan op zijn racefiets. Maar in de afdaling, zonder te trappen of te remmen, is hij zowel op de 4% als op de 8% hellingen 24% sneller op de ligfiets. Over het hele traject van de model-Tour gerekend, is Froome 3.8% sneller op de ligfiets en is zijn eindtijd 3 uur 10 min. en 37 sec. korter. Als alle deelnemers aan de echte Tour de France in 2013 op een ligfiets hadden gereden, met uitzondering van Chris Froome; en als ze daardoor allemaal 3.8% sneller waren geweest, dan zou Froome’s winnende eindtijd van destijds op de racefiets slechts goed zijn geweest voor de 112e plaats (van 169) in de eindrangschikking.

lees verder

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