We hebben het debat over het grote wiel tot rust gebracht door de wetenschappelijke leerboeken tevoorschijn te halen
Er is een duizelingwekkend aantal wielen op de markt, waarvan de meeste beweren dat ze je sneller en efficiënter maken. Velen maken zich druk over hoe licht ze zijn, maar ze leggen zelden uit waar op het wiel het grootste deel van de massa zich bevindt: de naaf of de velg?
Dat zette ons aan het denken. Als u twee wielen had met hetzelfde totale gewicht en hetzelfde ontwerp, maar de ene had meer gewicht bij de naaf en de andere meer gewicht aan de velg, waardoor u tijdens een gemiddelde rit sneller zou zijn? Het is tijd om de oude natuurkundeboeken weer tevoorschijn te halen.
Laten we beginnen met traagheid. Het traagheidsmoment werkt volgens het principe dat massa verder weg van het rotatiecentrum moeilijker te roteren is dan massa dichtbij het rotatiecentrum. Bij het fietsen betekent de eerste natuurlijk de velg, de tweede de naaf. De tweede bewegingswet van Newton zegt, wanneer gerelateerd aan roterende objecten, α=t/i waarbij α de rotatieversnelling is, t het netto koppel en i het traagheidsmoment. Met andere woorden, hoe hoger de traagheid, hoe langzamer de acceleratie voor hetzelfde koppel.
Marco Arkesteijn, sport- en bewegingswetenschapper aan de Aberystwyth University, geeft een andere manier om traagheid te begrijpen: 'Beschouw een kunstschaatser die ter plaatse draait met gespreide armen. Ze draaien rond het middelpunt van het lichaam - het deel dat stilstaat. Dit is hun draaipunt. Door hun handen in hun lichaam te steken, zullen ze de rotatiesnelheid verhogen. Wat ze doen is de massa verminderen die het verst van het rotatiecentrum verwijderd is, wat de traagheid verlaagt. Omdat de energie in het systeem constant is, volgt daaruit dat hun hoeksnelheid toeneemt.'
Kortom, het lijkt erop dat een lager gewicht aan de velg gelijk staat aan snellere acceleraties omdat er minder energie nodig is om een bepaalde snelheid te bereiken. Je kunt het voordeel hiervan zien wanneer een puncheur als Philippe Gilbert een korte klim sprint - een scenario dat zich op de weg heeft bewezen. Mavic's productmanager, Maxime Brunand, voerde een experiment uit waarbij hij 50 g toevoegde aan twee sets wielen - bij de velg bij de ene set, bij de naaf aan de andere - en een rijdersvermogen had tot 500 watt op een helling van 10% en zie hoe lang het duurde om 20 km/u te bereiken. 'Het wiel met extra velggewicht duurde vijf keer langer om 20 km/u te bereiken dan wanneer dezelfde velg op de flat werd gebruikt', zegt hij. ‘Met de wielen met toegevoegd gewicht aan de naaf, duurde het slechts vier keer zo lang om de equivalente horizontale snelheid te bereiken. In wezen wordt traagheid belangrijker op heuvels.' Het Franse team merkte ook op dat op het vlakke 'het gemakkelijker was om snelheid vast te houden' met behulp van de wielen met extra gewicht aan de rand.
Het vliegwieleffect
Dat brengt ons bij het vliegwieleffect. Kan een zwaardere velg momentum dragen voor een berijder die eenmaal op snelheid is, net zoals een locomotiefwiel momentum draagt voor een stoommachine? Ondrej Sosenka brak het uurrecord in 2005 met een afstand van 49,7 km. De Tsjechische rijder was een van de grootste rijders die ooit professioneel heeft geracet, met een gewicht van 90 kg en een lengte van twee meter. Zijn recordbrekende fiets woog 9,8 kg inclusief een achterwiel van 3,2 kg. De reden was, betoogde Sosenka, dat een zwaarder wiel er langer over deed om de maximale snelheid te bereiken, maar eenmaal daar was het gemakkelijker om daar te blijven. Aan de andere kant deed Eddy Merckx veel moeite om zijn hele motor zo licht mogelijk te houden tijdens het racen op het circuit.
Dus wie heeft er gelijk? 'In sommige gevallen kan een iets zwaarder wiel op de velg resulteren in een snellere tijd, zoals over een vlakke baan', zegt Paul Lew, directeur innovatie bij Reynolds Wheels. ‘Het kan ook gunstig zijn voor een fietser die het grootste deel van zijn energie uitoefent op de neerwaartse slag van het pedaal. Het zwaardere wiel kan helpen de ontbrekende kracht in het achterwaartse en opwaartse deel van de cadans op te vullen door het momentum van het wiel door te dragen naar de neerwaartse slag.'
Dus is het de moeite waard dat Sir Brad zijn velg met lood laadt bij het proberen van het uurrecord in juni? En hoe zit het voor normale rijders op de weg? 'Hoewel het waar is dat een iets zwaarder wiel kan resulteren in een snellere tijd op een volledig vlak parcours, is dit de uitzondering, niet de regel', zegt Lew. Bij de meeste ritten op de weg zal het extra gewicht eerder een belemmering dan een voordeel zijn: 'Uiteindelijk kost het momentum dat wordt gegenereerd door een wiel dat wordt gebruikt om een vliegwieleffect te creëren om de snelheid te verhogen, een prijs voor de fietser. De fietser zal minder rendement en voordeel behalen dan de kosten van de inspanning. De kosten zullen niet opwegen tegen de winst.'
Hoe zit het met kleinere wielen?
Het lijkt erop dat het vliegwieleffect van zware velgen alleen in zeer specifieke omstandigheden vruchten afwerpt, terwijl het verminderen van het gewicht van velgen echte voordelen kan hebben bij klimmen of accelereren. En omdat de traagheid toeneemt naarmate de massa zich verder van de naaf bevindt, is er dan een argument voor ons allemaal om kleinere 650c-wielen te gebruiken in plaats van de gebruikelijke 700c? Het was een trend die werd gezien in triatlon in het begin tot het midden van de jaren negentig en onderzoek heeft een gewichtsbesparing van 8% aangetoond bij het gebruik van zo'n wiel.
‘Ik denk dat elk voordeel teniet wordt gedaan door verschillende factoren, waaronder comfort’, zegt Arkesteijn. 'Het geroezemoes van de weg is intenser vanwege de kleinere straal.' Een 650c-wiel moet ook meer draaien dan de 700c (510 omwentelingen per kilometer vergeleken met ongeveer 475), wat meer wrijving betekent. ‘Een grotere renner zal dat geroezemoes nog intenser voelen door hun extra gewicht’, vervolgt Arkesteijn. Waar dit allemaal geen rekening mee houdt, is natuurlijk de aerodynamica. Een zwaardere velg kan voordelen bieden als dat gewicht wordt gebruikt om een betere vorm te creëren om door de lucht te carven. 'Als je een grote eenheid bent en je snelheid op een heuvel kunt houden, is een zwaardere velg minder nadelig voor je omdat je een groter aerodynamisch effect zult hebben', zegt Jonathan Day van Strada Handbuilt Wheels.'Als je echter een magere 62 kg bent en je uitblinkt in klimmen, wil je iets lichts aan de rand om je snelheid de heuvel op te maximaliseren.'
Uiteindelijk hebben de meeste mensen echter geen assortiment wielen om uit te kiezen voor elk type rit en wegomstandigheden. Dus, behalve in zeer specifieke omstandigheden en perfecte omstandigheden, zijn lichtere velgen over het algemeen beter om uw snelheid en plezier te maximaliseren. En ondanks de pijn in de longen en de zweetdruppels, is dat waar fietsen om draait.