Training

Hardlopen met Power! Deel 8: Hoeveel energie kost de klimweerstand?

Door
Hans van Dijk & Ron van Megen
10 mei 2016 09:54
Hardlopen met Power! Deel 8: Hoeveel energie kost de klimweerstand?

In dit deel bespreken we de hoeveelheid kracht die je het kost om een heuvelopwaarts te lopen. (Lees ook deel 1 - 2 -3 --5 - 6  - 7 )

De klimweerstand is afhankelijk van het hellingspercentage i (in %), het gewicht m (in kg) en de snelheid v (in m/s), zie het voorbeeld in de box.



Het voorbeeld is weer voor de Marathon Man, die in dit geval de Alpe d’Huez probeert te beklimmen. Uit de formule blijkt dat hij een snelheid van 12,06 km/h bergop nooit kan volhouden, want dit zou een vermogen vergen van 170 Watt, bovenop de 230 Watt die hij al nodig heeft voor de loopweerstand en de 5 Watt die hij nodig heeft voor de luchtweerstand. In werkelijkheid is het beeld  gunstiger omdat het spierrendement heuvelop wat hoger is dan normaal. Dit wordt behandeld in dit artikel.

De heuvelfactor 
Diverse onderzoekers hebben experimenteel vastgesteld dat de klimweerstand in de praktijk lager is dan volgens de theorie. Zij verklaren dit door middel van het spierrendement, dat sterk afhankelijk is van het feit of er positieve arbeid wordt verricht (zoals bergopwaarts) of negatieve arbeid (zoals bergafwaarts, waar we soms zelfs moeten remmen). In het algemeen heeft men experimenteel op een loopband gemeten wat het verschil aan zuurstofgebruik is bij het lopen met een bepaalde hellingsgraad. Wij hebben het zuurstofverbruik weer omgerekend naar het effect op het specifieke vermogen in Watt/kg door gebruik te maken van het feit dat de energiewaarde van 1 liter O2 gelijk is aan 19,5 kJ. Tenslotte hebben we de resultaten uitgedrukt in een heuvelfactor η (in %), de verhouding tussen het gemeten vermogen P en het theoretische vermogen Pk:

η = P/Pk

De volgende resultaten zijn op deze wijze gevonden:

 

Ondanks de verschillende waarden zien we wel een consistent beeld, namelijk dat het benodigde vermogen steeds duidelijk minder is dan volgt uit de theorie (η is altijd minder dan 100%). Verder is de heuvelfactor heuvelaf duidelijk lager dan heuvelop. Dit betekent dat je heuvelaf veel minder profijt hebt van de energiewinst, hetgeen past bij de verklaring van energieverlies door remkrachten. Tenslotte is de heuvelfactor bij hardlopen steeds lager dan bij wandelen.

Het onderzoek van Minetti et al.

Het meest overtuigend en bruikbare onderzoek op dit gebied is verricht door Minetti et al. Zij hebben een enorme range aan hellingspercentages doorgemeten, van -45% tot +45%. Wij hebben de heuvelfactor berekend die overeenkomt met hun experimentele resultaten, zie de figuur.
 


Het resultaat ziet er zeer betrouwbaar en reproduceerbaar uit. Het heuvelrendement is vrijwel lineair afhankelijk van het hellingspercentage. Bij zeer hoge positieve hellingspercentages benadert de heuvelfactor de 100% en dus de theorie. Bij extreme hellingen bergafwaarts wordt de heuvelfactor zelfs negatief, zodat je energie moet gebruiken om te remmen zonder dat je profijt hebt van de hoogtewinst. Wij vinden deze resultaten zeer bruikbaar en hebben daarom in ons hardloopmodel de heuvelfactor toegevoegd conform dit gevonden verband, dus:

η = 45,6+1,1622*i

Dit betekent dus dat de klimweerstand voor het bovenstaande voorbeeld van onze Marathon Man niet 170 Watt bedraagt, maar 170*(45,6+1,1622*8,1)/100= 98 Watt. 

Hoe groot is de klimweerstand als functie van het hellingspercentage?

In de onderstaande tabel hebben we de klimweerstand (inclusief de heuvelfactor) uitgerekend voor een snelheid van 15 km/h en als functie van het hellingspercentage. De totale klimweerstand (in Watt) is uiteraard recht evenredig met het gewicht, zodat de specifieke klimweerstand (in Watt/kg) een beter beeld geeft. Deze is ook in de figuur weergegeven. In de werkelijkheid zullen velen de 15 km/h bergopwaarts niet kunnen halen omdat de som van de loopweerstand, de luchtweerstand en de klimweerstand groter zal zijn dan hun menselijke motor kan leveren. In latere artikelen gaan we uitrekenen wat je haalbare snelheid dan wordt, zowel bergop als bergaf.



 

Je kunt het effect van alle factoren op je prestaties nalezen in ons nieuwe boek 






Het boek luidt een revolutie in op hardloopgebied. Het boek legt de achtergronden en voordelen uit van hardloopvermogensmeters, die momenteel op de markt verschijnen. Net als wielrenners, kunnen hardlopers nu ook hun prestaties in de training en in de wedstrijd optimaliseren met de extra informatie van hun wattage! Van de schrijvers van Het Geheim van Hardlopen

Hans van Dijk en Ron van Megen





  • Deel dit artikel
  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • Google+
  • Mail dit artikel:
  • Mail
Auteur
Hans van Dijk & Ron van Megen

Hans van Dijk & Ron van Megen

redactie

Zijn levenslange hardlopers en Delfts ingenieur. Hun passie is om te ontcijferen welke factoren je sportprestaties bepalen en hoe je zo snel mogelijk kunt worden. Zij zijn de auteurs van Het Geheim van Hardlopen, Het Geheim van Wielrennen en Hardlopen met POWER. 

Verplicht Verplicht
Verplicht
  • Gert vant Hof
    Hans, Ron Ik lees jullie artikelen met belangstelling. Bij dit artikel heb ik echter de vraag hoe het mogelijk is dat het vermogen niet 170 W is maar 98 W. Immers, de klimweerstand zoals gepresenteerd in het kader is direct gerelateerd aan de potentiele energie (ongeveer) en het is bij mijn weten niet mogelijk om een massa verticaal te verplaatsen met minder energie dan E_pot. Hier mijn formules om te laten zien dat het vermogen direct gerelateerd is aan het overwinnen van de potentiele energie: E = m g h P = m g v_verticaal v_verticaal = V sin(alfa) i = 100 tan(alfa) ~ 100 sin(alfa) voor kleine hoek P = m g v_verticaal = m g sin(alfa) V = m g V i/100 met m: massa g: gravitatieconstante h: afgelegde verticale afstand v_v: verticale snelheid V: snelheid alfa: hellingshoek Wat mis ik? Vriendelijke groet, Gert
    Reactie geplaatst op 20/05/16 om 18:32 uur

Loopkalender

17
juli