Je denkt dat je snel bent, je weet dat je sneller zou kunnen zijn, maar wat is de hoogste snelheid die fysiek mogelijk is? We komen erachter
Daar ben je, bergafwaarts rijdend alsof je leven ervan afhangt. Gehurkt over de tralies, met witte knokkels de druppels vast, kijk je naar je fietscomputer en zie je het cijfer klikken tot 70 km/u. Oh ja, je vliegt nu echt. Maar voordat je meer snelheid kunt krijgen, geeft het verkeersbord een splitsing aan en knijp je in de remmen om je veilig tot stilstand te brengen.
Maar wat als die kruising er niet was? Wat als er geen obstakels of bochten waren of honden die de weg op liepen, en de helling zo lang en glad en steil was als je maar kunt wensen?
Hoe snel kon je dan gaan? Laten we beginnen die vraag te beantwoorden door te kijken naar wat je tegenhoudt.
Het leven is een sleur
‘Dat zou eindsnelheid zijn’, legt Rob Kitching, oprichter van online aerodynamische outfit Cycling Power Lab, uit. 'In wielertermen is dit het punt waar de gezamenlijke remkrachten van aerodynamische weerstand en rolweerstand gelijk zijn aan de krachten die worden geleverd door zwaartekracht en vermogen.'
Hoeveel invloed de zwaartekracht heeft, hangt af van de ernst van de helling. 'Als je de helling op oneindig zet - met andere woorden, een muur - zou er geen belasting op de banden of de structuur van de fiets komen', zegt Ingmar Jungnickel, R&D-ingenieur voor Specialized.
‘In feite zou dat beide overbodig maken en zou je parachutespringen.’
Of meer technisch 'speed skydiving', waarbij het doel is om de hoogst mogelijke eindsnelheid te bereiken en te behouden. Laat een mens met zijn buik naar beneden uit een vliegtuig vallen en ze zullen snelheden tot 200 km/u bereiken; ga eerst en we hebben het over 250-300kmh; hoofd naar voren en het dragen van gespecialiseerde gestroomlijnde kleding zorgt voor snelheden tot 450 km/u.
‘Maar dat is geen fietsen, dus laten we dat negeren en een echte weg gebruiken’, vervolgt Jungnickel. Baldwin Street in Dunedin, Nieuw-Zeeland, scant de straten van de wereld en heeft de twijfelachtige eer om de steilste weg ter wereld te zijn op 35-38°, afhankelijk van wie je gelooft.
'Op de helling van deze weg - maar langer dan de 350 m afstand - zou een rijder in de wegligging bij kalme omstandigheden en een vermogen van 400 watt 144 km/u [89,48 mph] kunnen halen', zegt Jungnickel.
Dat is wat snelheid, maar nog steeds bijna 80 km/u verwijderd van het wereldsnelheidsrecord bergafwaarts, vorig jaar ingesteld door de Fransman Éric Barone toen hij in 2015 223,3 km/u bereikte op de besneeuwde Chabrières-snelheidsbaan in de Franse Alpen.
Dus misschien moet onze helling een ijzig platform hebben om de rolweerstand te verminderen? Niet per se, volgens Jungnickel. ‘Bij deze snelheden is de luchtweerstand ongeveer 99,5%.’
Dat is ongeveer 50% bij een snelheid van 12 km/u. De luchtweerstand neemt toe naarmate je sneller rijdt, dus welke methoden moet onze denkbeeldige fietser gebruiken om de maximale snelheid te bereiken en de luchtweerstand te trotseren?
Keep it aero
‘Een duidelijke positie is belangrijk’, zegt Jungnickel. 'Dus maakte ik berekeningen met een renner die geoptimaliseerd was in de tijdritpositie en, gebruikmakend van onze verlengde Baldwin Street-analogie, kon de 400W-renner 322 km/u bereiken.'
Als Jungnickel geoptimaliseerd zegt, heeft hij het over het volledige aerodynamische menu. Dat betekent een traanhelm en een positie waarbij de staart van de helm op natuurlijke wijze in een gladde, gestroomlijnde rug stroomt.
Een nauwsluitend skinsuit is ook een must om de luchtweerstand te verminderen.
‘In feite is dit van vitaal belang’, zegt Rob Lewis van TotalSim, specialist in computational fluid dynamics. ‘Type materiaal, naadplaatsing en oppervlaktebehandeling maken allemaal een enorm verschil. Je zou kunnen praten over een verschil van 12-15% in weerstand tussen een goede en slechte kleur.'
Lewis suggereert ook dat het zo ver mogelijk optrekken van je sokken aerodynamisch effectiever is dan booties, terwijl een smalle grip op die aerobar-extensies ook de weerstand enigszins zal verminderen.
Je zou ook druppelvormige buizen willen omdat het, zoals hierboven, helpt om de coëfficiënt van aerodynamische weerstand (CdA) te verminderen. Dit dekt de gladheid en grootte van een object plus het frontale gebied.
Natuurkunde zegt dat een object met een weerstandscoëfficiënt van nul niet echt op aarde kan bestaan - alles heeft een vorm van weerstand - maar de aantallen kunnen erg laag zijn.
Een druppelvormig stuur op een topfiets kan bijvoorbeeld een cijfer van 0,005 registreren. Dat is behoorlijk aero.
CdA-voorbeelden van elites die aero-vormige staven gebruiken, kunnen binnenkomen op 0,18-0,25, tegenover 0,25-0,30 van een goede amateuratleet.
Dit cijfer wordt nog belangrijker wanneer het wordt uitgelijnd met het uitgangsvermogen. Toen de Duitse prof Tony Martin de 2011 Wereldkampioenschappen tijdrijden in Kopenhagen won, werd zijn vermogen en luchtweerstand (uitgedrukt als watt/m2 CdA) berekend als 2.089.
Dit vergeleken met 1, 943 voor Bradley Wiggins op de tweede plaats en 1, 725 voor Jakob Fuglsang op de 10e.
‘Alle renners kunnen werken om dit cijfer te verbeteren’, zegt Kitching. ‘Maar ook enorm belangrijk voor topsnelheden is de luchtdichtheid, die duidelijk minder controleerbaar is.’
Komt naar de lucht
Op zeeniveau en bij 15°C is de luchtdichtheid ongeveer 1,225 kg/m3. Factoren zoals temperatuur, luchtdruk, vochtigheid en hoogte hebben echter invloed op de luchtdichtheid, waarbij de dichtheid afneemt naarmate u hoger zit.
‘Dat is de reden waarom rijders zoals Sam Whittingham het hoofd hoog in het vaandel hebben bij een poging om door mensen aangedreven snelheidsrecords over land te breken,’ voegt Lewis eraan toe.
En waarom Felix Baumgartner naar de ijle lucht van de stratosfeer zweefde toen hij in 2012 naar 1, 342 km/u vloog.
Canadees Whittingham heeft een ongelooflijke 132,5 km/u op het vlakke geslagen, maar dat is nog steeds minder dan het wereldrecord voor door mensen aangedreven snelheid, vastgelegd door landgenoot Todd Reichart afgelopen september.
Reichart liet de rest in zijn kielzog achter met een topsnelheid van 137,9 km/u. We zeggen 'de rest' omdat Reichart die snelheid registreerde bij de World Human Powered Speed Challenge op State Route 305 net buiten Battle Mountain, Nevada.
Het was het 16e achtereenvolgende jaar dat de wedstrijd werd gehouden in Nevada, en dat is te danken aan twee belangrijke factoren: het is 1.408 m boven zeeniveau, dus de luchtdichtheid is laag en het parcours biedt een versnellingszone van 8 km die leidt naar een snelheidscontrole van 200 meter.
Beiden hielpen Reichart bij de maximale snelheid, net als zijn voertuig - een ligfiets gehuld in stroomlijnkappen. 'Ik heb verdere berekeningen in Baldwin Street uitgevoerd', zegt Jungnickel, 'en met een volledig gestroomlijnde fiets zou de eindsnelheid 594 km/u zijn.'
Het zou nog hoger zijn als je iets aan de banden zou kunnen doen, waarbij Jungnickel stelt dat de banden die uitsteken meer weerstand produceren dan het hele schip.
‘Ook bij extreem vermogen zou je uiteindelijk de maximale grip tegenkomen die de banden zouden kunnen opwekken, wat een functie is van downforce,’ zegt hij.
‘Je bereikt dan een catch-22. Je zou spoilers kunnen toevoegen om de neerwaartse kracht te vergroten, die luchtweerstand toevoegen, wat weer meer kracht zou vereisen (enzovoort). Verder geloof ik niet dat structurele problemen een factor zouden zijn, omdat je de fiets gewoon steviger zou kunnen bouwen met meer materiaal.'
Daar heb je het. Om je maximale snelheid van bijna 600 km/u te bereiken, geef je Graeme Obree opdracht om een aero Beastie-fiets voor je te bouwen, ga je naar Nieuw-Zeeland, vraag je de gemeente van Dunedin om Baldwin Street uit te breiden tot ongeveer 10 km lang en een vermogen te genereren dat lijkt op Tony Martin. Simpel…
