De Britse wielrenner Neil Campbell vestigde onlangs een nieuw record voor de "snelste fiets voor heren in een slipstream, " met een adembenemende 280 km per uur.

Dit record betreft het op snelheid brengen van een fietser in het kielzog van een trekkend voertuig, vervolgens de fiets loslaten en de rijder timen over een afstand van 200 meter. Het algemene record staat op 296 km per uur, in september 2018 door Denise Mueller-Korenek, die door een dragster werd gesleept op de Bonneville Salt Flats in Utah.

Maar in hoeverre kunnen deze hoge fietssnelheden worden toegeschreven aan menselijke prestaties? Is er een opperste atleet nodig om die snelheid na het loslaten vast te houden, of doet het voertuig echt al het harde werk? En als het zo is, betekent dit dat er nog snellere records mogelijk zijn?

Door rekening te houden met de vraag en aanbod van energie die betrokken zijn bij Campbell's nieuwe herenrecord, we kunnen beginnen de relatieve bijdragen van mens en machine te waarderen. Voor deze opname energie komt van zowel de brandstofverbranding van de auto als van menselijke kracht.

Het vermogen dat nodig is om een ​​bepaalde snelheid aan te houden, hangt af van de weerstandskracht die inwerkt op de voorwaartse beweging van de berijder. Op een vlakke baan met constante snelheid, er zijn twee belangrijke componenten:

• aerodynamische weerstand, ook bekend als aerodynamische weerstand
• rolweerstand, die in grote lijnen de wrijving tussen wielen en weg dekt, de wrijving in de wiellagers, en de efficiëntie van de krachtoverbrenging van de pedalen via de ketting naar de wielen.

Cruciaal, aerodynamische weerstand neemt toe met het kwadraat van de luchtsnelheid, wat betekent dat het zeer snel toeneemt naarmate de snelheid toeneemt. Rolweerstand, In de tussentijd, neemt lineair toe met de snelheid, wat betekent dat het veel minder snel toeneemt naarmate de snelheid toeneemt.

Benjamin Thiele, hoofd systeemingenieur van het Monash Human Power Team aan de Monash University, legt het als volgt uit:"Kortom, als je snel wilt fietsen en je de mogelijkheid had om een ​​van de weerstandskrachten uit de natuurkunde te weren, je zou er verstandig aan doen om de aerodynamische component te verwijderen."

Om dit in context te plaatsen, in baanwielrennen op elite-niveau (waar uiteraard geen auto's zijn om achter te schuilen!), luchtweerstand is typisch goed voor ongeveer 95% van de totale weerstandskracht.

Zo hielp het trekkende voertuig in Campbell's recordpoging hem op twee cruciale manieren. Eerst, het bracht hem op snelheid, waardoor zijn energieverbruik tijdens het accelereren vermindert.

Tweede, de slipstreambevestiging van de auto (in feite een kruising tussen een spoiler en een tent, waarachter Campbell zich tijdens de rit positioneerde) verwijderde veel van de aerodynamische weerstand die anders onoverkomelijk zou worden bij zulke duizelingwekkende snelheden.

Door in het kielzog van het voertuig te rijden, de rijder zal zowel lage relatieve windsnelheden als een lage aerodynamische weerstand ervaren. In feite, als de rijder correct is gepositioneerd, de luchtstroom in het kielzog van de auto kan daadwerkelijk een voortstuwende aerodynamische kracht genereren - effectief, het voertuig "sleept" wat lucht achter zich aan, en de berijder kan zo meegezogen worden.

Hoe zit het met de fysieke eisen die gesteld worden aan het aanhouden van die snelheid na het loslaten van de sleep? Dit hangt voornamelijk af van de grootte van de gebruikte uitrusting, en van de rolweerstand die moet worden overwonnen. Volgens mijn berekeningen en ervan uitgaande dat de luchtweerstand achter de trekauto verwaarloosbaar is, 300 km per uur halen (de volgende grote mijlpaal voor zowel de heren- als damesslipstreamrecords) zou vereisen dat de rijder een vermogen van 600-700 watt behoudt gedurende de 2,4 seconden die nodig zijn om door de 200 meter lange tijdval te rijden.

Dit lijkt haalbaar genoeg, gezien Tour de France-renners meer dan 1 kunnen blussen 000W voor een volle minuut of meer.

Dus het trekvoertuig is echt de cruciale factor, in plaats van de fysieke prestaties van de rijder. In feite, als de berijder uit de slipstream zou trekken nadat hij tot 300 km per uur was gesleept, de energiebehoefte om deze snelheid te behouden zou in de orde van 100 kilowatt liggen - ongeveer de prestaties van een krachtige motorfiets!

Hoe zit het met de records op het gebied van fietsen zonder hulp?

Gezien het cruciale belang van het overwinnen van aerodynamische weerstand, het is geen verrassing dat elite wielerteams zoveel investeren in onderzoek en ontwikkeling op het gebied van aerodynamica.

In feite, de aerodynamica van conventionele fietsen en rijhoudingen zijn verre van optimaal. Dit wordt duidelijk wanneer we de snelheden die op conventionele fietsen worden behaald, vergelijken met die van een 'gestroomlijnd ligfietser door mensen aangedreven voertuig'. Dit is een aangepaste fiets waarop de berijder in liggende positie gaat liggen, met de pedalen vooraan, in een aerodynamische bekleding die een stroomlijnkap wordt genoemd.

Het snelheidsrecord voor een dergelijk voertuig over een afstand van 200 meter staat momenteel op 144 km per uur. Dit is ongeveer twee keer zo snel als de pieksnelheden die worden bereikt tijdens velodroomsprints op een conventionele baanfiets.

David Burton, manager van de onderzoeksfaciliteit voor windtunnels van Monash University, zegt dat elite-wielrennen "het laaghangende fruit al heeft uitgeput als het gaat om het behalen van een concurrentievoordeel door aerodynamica, " gezien de regels en beperkingen van de sport op het gebied van uitrustingsontwerp en positie van de rijder.

Maar hij voegt eraan toe dat er nog steeds een aantal hightech-onderzoeksmogelijkheden zijn om de prestaties te verbeteren, inclusief "geavanceerde experimentele testtechnieken en zeer opgeloste numerieke simulaties van de stroomvelden rond fietsers."

Zoals we hierboven hebben gezien, er is waarschijnlijk nog steeds het potentieel voor nog hogere snelheden als het gaat om slipstream-geassisteerd fietsen. Ik stel voor dat het binnen het bereik van de huidige menselijke prestaties op elite-niveau ligt om snelheden van bijna 400 km per uur te bereiken wanneer ze in het kielzog van een voertuig worden gehuld.

Misschien wordt de uitdaging dan uiteindelijk een psychologische:zou iemand het wagen?

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.