Hardlopen met Power! Deel 7: Hoeveel energie kost de luchtweerstand?

Hoeveel voordeel levert het lopen achter een haas op?

Deel dit artikel:
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin
Hardlopen met Power! Deel 7: Hoeveel energie kost de luchtweerstand?
In het artikel over de natuurkunde van hardlopen zagen we dat het benodigde vermogen om de luchtweerstand te overwinnen afhankelijk is van de dichtheid van de lucht ρ (in kg/m3 ), de weerstandsfactor cdA, de snelheid v (in m/s) en de windsnelheid vw (in m/s), zoals weergegeven in de box.  (Lees ook deel 1 – 2 –3 –5 – 6 )

Ook hier is het voorbeeld weer voor de Marathon Man die in dit geval loopt bij een temperatuur van 20 °C (hierbij is de dichtheid van de lucht 1,205 kg/m3). Je ziet dat de luchtweerstand bij zijn snelheid maar klein is, 5 Watt ofwel 2% van de loopweerstand van 230 Watt. 

De luchtweerstandsfactor cdA
In dit artikel gaan we nader in op de luchtweerstandsfactor cdA (m2). Hoe zijn we gekomen aan de waarde van 0,24 m2 ? Uit de theorie weten we dat deze bepaald wordt door het product van het omstroomde oppervlak A (in m2) en de weerstandscoëfficiënt cd (dimensieloos). De waarde van cd is afhankelijk van de luchtstroming en bedraagt in de orde van 0,9. Het oppervlak A is afhankelijk van de afmetingen van de loper en zijn houding en loopstijl. In de literatuur zijn 4 onderzoeken gerapporteerd naar de invloed van de luchtweerstand bij hardlopen. In het algemeen heeft men dit gedaan door op een loopband te meten wat het verschil is aan zuurstofverbruik om een bepaalde snelheid te lopen in situaties zonder en met wind (die met een ventilator werd gesimuleerd). Vervolgens heeft men dit ook omgerekend naar het effect van de ‘eigen wind’, dat wil zeggen de tegenwind die ontstaat door je eigen snelheid. De volgende relaties zijn experimenteel gevonden.
 

Wij hebben de relaties van Pugh en Léger 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.

We hebben de relaties vervolgens gecorrigeerd voor het gewicht van de testpersonen en tenslotte vergeleken met de theoretische formule voor een cdA van 0,24 m2. De resultaten staan in de onderstaande tabellen en laten een hele goede overeenkomst zien!

Onze conclusie is dus dat een cdA-waarde van 0,24 m2 een zeer reëel beeld geeft van de luchtweerstand.

Benodigd vermogen bij tegenwind en meewind
Davies en Pugh hebben ook resultaten gerapporteerd voor het benodigd vermogen bij tegenwind en  Deze staan hieronder:

Ook deze formules hebben we omgerekend en vergeleken met de theoretische formule voor een cdA waarde van 0,24 m2. Het resultaat is in onderstaande figuur weergegeven.
 

Ook hierbij blijken de resultaten zeer goed overeen te stemmen. 

Davies en Pugh hebben tenslotte gerapporteerd dat bij meewind het voordeel slechts 50% bedroeg van het nadeel bij tegenwind. Zij verklaarden dit door een lager spierrendement bij meewind, deels ten gevolge van het neerdrukkende effect van meewind. Dit is vergelijkbaar met het lifteffect van een tegenwind, zoals we dat kennen bij het opstijgen van een vliegtuig. 

Wij concluderen hieruit dat we bij meewind moeten rekenen met een cdA-waarde van slechts 0,12 i.p.v. 0,24 m2.

Effect eigen wind op benodigd vermogen en loopsnelheid
Nu we de luchtweerstandscoëfficiënt nauwkeurig vastgesteld hebben, is het interessant om nog eens even goed te bepalen hoeveel vermogen we nu nodig hebben om de luchtweerstand ten gevolge van onze eigen wind te overwinnen. De onderstaande tabel en grafiek laten zien dat dit voor de wereldtoppers echt significante bedragen zijn. Voor Kenenisa Bekele op de 5000 meter (12:37.35, overeenkomend met 23,8 km/h) bijvoorbeeld 43 Watt of meer dan 10% van zijn loopweerstand!

Aangezien hazen in de orde van 30% van de luchtweerstand kunnen wegvangen, levert dit bij dergelijke snelheden een flink voordeel op. Hoeveel precies gaan we later bepalen. Hetzelfde geldt voor het tijdverlies ten gevolge van tegenwind op een wegparcours. Zeker bij harde wind kan dit er flink inhakken!

Samenvattend blijkt dat de luchtweerstand een kleine, maar zeker niet te verwaarlozen rol speelt bij de snelheid die je kunt halen met je specifieke vermogen, zelfs bij windstil weer. Het effect is groter naarmate je snelheid hoger is en is dus het grootst bij de wereldtoppers en de sprinters. Bij sterke wind is het effect nog veel groter. 

Wat kunnen lopers doen om de invloed te beperken? In de eerste plaats proberen te schuilen achter hazen of in een groepje. Voor sprinters geldt dat het gunstig is om op een hooglandbaan te lopen omdat daar de dichtheid van de lucht en dus de luchtweerstand lager is. Usain Bolt zal dus in Mexcico zijn wereldrecord nog kunnen aanscherpen. Voor langeafstandslopers levert het lopen op een hooglandbaan geen voordeel op. Integendeel, door de ijle lucht neemt je zuurstofopnamevermogen af en daarmee je vermogen. Dit nadeel is groter dan het voordeel van de lagere luchtweerstand zoals we in een later artikel zullen uitrekenen. Tenslotte is er in theorie nog een miniem voordeeltje te behalen als de luchtdruk laag is of de temperatuur hoog. Beiden leiden tot een iets lagere luchtweerstand.

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:
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin

De beste looptips en inspirerende artikelen 2x per week in je mailbox?

Meld je dan aan voor onze nieuwsbrief en mis niets!

Meer uit Training