Nederlands English

LIGFIETS versus RACEFIETS

Leo Rogier Verberne



6. Klimmen


Fig. 1 Van trapvermogen naar fietssnelheid

diagram hellingweerstand

trapvermogen (Ppe), intrinsieke weerstand van de fiets (Rb), rolweerstand (Rr),
luchtweerstand (Rd), hellingweerstand (Rsl) en snelheid (v)

Bij de beklimming van steile hellingen is het trapvermogen grotendeels nodig voor het overwinnen van de hellingweerstand. Dat deel van het trapvermogen wordt berekend als: Psl = m × g × % × v (1). Daarin is % het hellingpercentage. Het overwinnen van de rol- en luchtweerstand kost op een steile helling weinig trapvermogen omdat de snelheid dan gering is.

Rekenen
Een toerfietser van 75 kg (rijklaar gewicht) gaat op een racefiets van 10 kg een 3% helling beklimmen. Hij kan daarbij een 1-uurs trapvermogen leveren van 225 watt. Daarmee haalt hij op deze helling een klimsnelheid van 20.63 km/uur (5.730 m/s). Aan trapvermogen om de hellingweerstand te overwinnen is nodig: Psl = m × g × % × v
Psl = (75 + 10) × 9.81 × 0.03 × 5.730 = 143.3 watt. De intrinsieke weerstand kost 5% van het trapvermogen:
Pb = 0.05 × 225 = 11.3 watt. De rolweerstand vereist aan trapvermogen: Pr = m × g × Cr × v
Pr = (75 + 10) × 9.81 × 0.006 × 5.730 = 28.7 watt. De luchtweerstand vergt: Pd = 0.5 × ρ × A × Cd × v³
Pd = 0.5 × 1.23 × 0.4 × 0.9 × 5.730³ = 41.7 watt.
Opgeteld: Ppe = Psl + Pb + Pr + Pd = 225 watt (tabel 1)

Tabel 1 Trapvermogen en klimsnelheid op een 3% helling

Ppe
watt
Pb
watt
Pr
watt
Pd
watt
Psl
watt
v
km/h

racefiets

225 11.3 28.7 41.7 143.3 20.63

high racer

180 12.6 25.5 14.6 127.3 18.32

verschil (%)

-20.0+11.5-11.1-65.0-11.2-11.2

Ppe = Pb + Pr + Pd

We gaan er vanuit dat onze toerfietser op de high racer een 1-uurs trapvermogen kan leveren van 180 watt. Dat is 20% minder dan op de racefiets doordat je op een ligfiets niet kunt trekken aan het stuur. En je kunt ook niet op de pedalen gaan staan. Daardoor is bergop rijden op een ligfiets te vergelijken met een racefiets waarop je rijdt ‘met losse handen’. Nu vermogensmeters op het punt staan om de wereld van de sportfietsers te veroveren, kunnen we meer duidelijkheid verwachten over de werkelijke grootte van het verschil in trapvermogen van dezelfde persoon op een racefiets en op een ligfiets.

Op de 3% helling bereikt deze toerfietser met een duurvermogen van 180 watt een snelheid van 18.32 km/uur (5.089 m/s). Het trapvermogen dat daarbij nodig is om de hellingweerstand te overwinnen is: Psl = m × g × % × v
Psl = (75 + 10) × 9.81 × 0.03 × 5.089 = 127.3 watt. De intrinsieke weerstand kost 7% van het trapvermogen:
Pb = 0.07 × 180 = 12.6 watt. Overwinnen van de rolweerstand vergt: Pr = m × g × Cr × v
Pr = (75 + 10) × 9.81 × 0.006 × 5.089 = 25.5 watt. De luchtweerstand vereist: Pd = 0.5 × ρ × A × Cd × v³
Pd = 0.5 × 1.23 × 0.2 × 0.9 × 5.089³ = 14.6 watt.
Opgeteld: Ppe = Psl + Pb + Pr + Pd = 180 watt (tabel 1)

Helling en klimsnelheid
Op de racefiets is de snelheid van onze toerfietser,met 225 watt trapvermogen, op een vlakke weg (0% helling) 32.84 km/uur (tabel 2). Op de high racer met 180 watt aan trapvermogen is zijn snelheid 36.62 km/uur. Dat is 11.5% meer (36.62/32.84), ondanks 20% minder trapvermogen. Maar op een vals plat van 1% is het snelheidsverschil al verminderd tot 2.9% (tabel 2). En bij het beklimmen van een 3% helling is hij op de ligfiets 11.2% langzamer dan op de racefiets (18.32/ 20.63). Dat verschil neemt toe tot 20.4% op een 8% helling. De verklaring voor dit toenemende snelheidsverschil is als volgt: hoe steiler de helling, hoe geringer de klimsnelheid. Dat vermindert het voordeel van de kleinere luchtweerstand op de high racer bij een toenemend hellingpercentage. Maar het nadeel van het 20% mindere trapvermogen voor de ligfietser blijft constant en dat gaat overheersen bij het steiler worden van de hellingen. Daardoor verandert het snelheidsverschil tussen de ligfiets en de racefiets (met hetzelfde gewicht) van +11.5 op de vlakke weg naar -20.4% bij het beklimmen van een 8% helling.
Bij een snelheid van 10.46 km/uur op de 8% helling duurt een 10 km lange beklimming op de racefiets 0.956 uur (10/10.46) of 57 min en 22 sec. Dezelfde beklimming duurt, met een snelheid van 8.33 km/uur op de high racer, 1.200 uur (10/8.33) of 1 uur en 12 min. Bijna een kwartier meer dan op de racefiets.

Tabel 2 Helling en klimsnelheid (km/uur)

Ppe
watt
0
%
1
%
3
%
5
%
8
%

racefiets

225 32.84 28.39 20.63 15.20 10.46

high racer

180 36.62 29.21 18.32 12.54 8.33

verschil (%)

-20.0+11.5+2.9-11.2-17.5-20.4


helling en klimsnelheid

Fig. 2. Bij het beklimmen van hellingen boven 1% is de high racer langzamer dan de racefiets

Alpe d’Huez
In een tijdrit op de Alpe d’Huez (gemiddelde helling 7.9%) duurde mijn beklimming op de racefiets 1.333 uur (1 uur 20 min). Op een low racer (afb. 1) duurde dezelfde tijdrit 1.583 uur (1 uur 35 min). Dat is 15 minuten of 18.8% meer (1.583/1.333). Dit zijn de enige gepaarde waarnemingen van deze soort tot nu toe. Voor die tijdrit moest op de ligfiets eerst een extra groot tandwiel gemonteerd worden in de cassette op de achteras omdat ik anders de berg niet op kon komen. Dat maakt een ligfiets (met de huidige stuurconstructie) minder geschikt om te rijden in het hooggebergte. Daarom is het ook niet vreemd dat ik tijdens mijn fietsvakanties, over een afstand van circa 11.000 km, in de bergen nooit een (andere) ligfietser ben tegengekomen.






Afb. 1 Gepaarde waarnemingen op de Alpe d’Huez




RV low racer

op de ligfiets 1 uur 35 min

mijn racefiets

op de racefiets 1 uur 20 min

Conclusies
1. Op een high racer is je trapvermogen naar schatting 20% kleiner dan op een racefiets doordat je niet kunt trekken aan het stuur; bovendien kun je niet gaan staan op de pedalen.
2. Het nadeel van circa 20% minder trapvermogen op de ligfiets geldt zowel voor de vlakke weg als bij het klimmen.
3. Hoe steiler de helling hoe minder klimsnelheid; daardoor wordt het voordeel van de mindere luchtweerstand op de ligfiets steeds kleiner bij het beklimmen van steilere hellingen.
4. Het nadeel van het kleinere trapvermogen op de ligfiets overheerst het voordeel van de mindere luchtweerstand op steile hellingen.
5. Een ligfiets (met de huidige stuurconstructie) is minder geschikt om er steile hellingen mee te beklimmen.

Bron
1. Wiel van den Broek: Technische artikelen over de fiets; Vermogen en Krachten, juni 2013.  http://www.velofilie.nl/vermogen.htm

lees verder

© Leo Rogier Verberne
ISBN/EAN: 978-90-825495-2-2
www.racefiets-ligfiets.nl


Lulu ligfiets-versus-racefiets

De luxe hardcover uitgave is hier te bestellen.