In eerdere artikelen op ProRun gingen we al in op de zoektocht van hardlopers, coaches en wetenschappers naar mogelijkheden om de hardloopprestaties te verbeteren door de luchtweerstand te verminderen. Schaatsers en wielrenners gingen ons voor met de ontwikkeling van optimale aerodynamische condities (kleding, frames, houding, stroomlijning, wieltjeszuigen).
We behandelden toen ook de ontwikkeling van de Stryd v3, waarmee de luchtweerstand in real time gemeten kan worden, de sensationele INEOS 1:59 Challenge in Wenen en de spectaculaire 9,45 seconden die Justin Gatlin liep dank zij enorme ventilatoren die in zijn rug bliezen.
In dit artikel willen we eens concreet gaan uitrekenen wat precies de invloed van de wind is op je loopsnelheid. We gebruiken als voorbeeld auteur Hans, die 58 kg weegt en een 5-km tijd kan lopen van 18 minuten (althans dat kon hij, momenteel is hij helaas geblesseerd).
Theorie
In ons boek Hardlopen met Power! hebben we de theorie van de luchtweerstand in diverse hoofdstukken behandeld. Het vermogen om de luchtweerstand te overwinnen wordt volgens de natuurkunde bepaald door de dichtheid van de lucht ρ (in kg/m3), de weerstandsfactor cdA (in m2), de loopsnelheid v (in m/s) en de windsnelheid vw (in m/s), zoals weergegeven in de box.
We stellen eerst dat Hans zijn tijd van 18 minuten gelopen zal hebben onder ideale omstandigheden, dus met windstil weer (vw=0). We kunnen dan berekenen dat zijn luchtweerstand Pa gelijk is aan 14 Watt bij de standaardcondities (temperatuur 15°C, luchtdruk 1013 mbar, dus ρ = 1,226 kg/m3, cdA = 0,24 m2 ,v = 5000/18/60 = 4,63 m/s).
Omdat Hans de 5000 meter gelopen heeft met een snelheid van 4,63 m/s, is zijn loopweerstand Pr gelijk aan 4,63*58 (kg)*0,98 (ECOR in kJ/kg) = 263 Watt.
Zijn totale vermogen P is dus gelijk aan 263+14 = 277 Watt.
Hoe groot is nu de invloed van wind op de luchtweerstand Pa ?
We hebben vervolgens de luchtweerstand Pa berekend bij windsnelheden van 2, 8 en 16 m/s (58 km/h, harde wind met windkracht 7 Beaufort) en zowel voor windje mee als wind tegen. De resultaten staan in de onderstaande figuur.
We zien dat bij wind tegen de Pa toeneemt van 14 Watt tot maar liefst 131 Watt, ofwel bijna de helft van het totale vermogen van 277 Watt van Hans. Bij windje mee daarentegen daalt de Pa voortdurend tot uiteindelijk een waarde van -86 Watt (je krijgt dan dus letterlijk een steuntje in de rug van de wind).
Wat is nu het effect op de loopsnelheid en de 5 km tijd?
Dit hebben we berekend door te kijken naar de vermogensbalans Pt = Pa +Pr. Eerder zagen we al dat de Pt van Hans 277 Watt is. Het beschikbare loopvermogen Pr neemt dus af naarmate de Pa stijgt (wind tegen) en omgekeerd neemt Pr toe als Pa daalt (windje mee). Het resultaat is weergegeven in de onderstaande figuur.
We zien dus dat het beschikbare vermogen bij wind tegen flink daalt (van 263 Watt tot 146 Watt) en bij windje mee behoorlijk stijgt (van 263 Watt tot 363 Watt). Uiteraard heeft dit grote consequenties voor de loopsnelheid die bepaald kan worden met de formule v (in m/s) = Pr/58/0,98. De 5 km-tijd (in seconden) kan tenslotte berekend worden met de formule 5000/v. In de onderstaande figuur hebben we het resultaat weergegeven voor de 5 km-tijd.
We zien dus dat de 5 km-tijd bij wind tegen toeneemt van 18 minuten tot meer dan 32 minuten! Bij windje mee neemt de 5 km-tijd af van 18 minuten tot iets mee dan 13 minuten. Hadden we maar een race met 16 m/s rugwind, dat zou nog eens een mooi PR opleveren!
En hoe zit het nu met de invloed van zijwind?
In werkelijkheid hebben we natuurlijk nooit heel de tijd windje mee of windje tegen. Het is dus relevant om ook te kijken naar de invloed van zijwind. De formules worden dan ingewikkelder, maar onze lezer en hardloopvriend Arno Baels heeft dit voor ons geprogrammeerd. Voor het voorbeeld van de windsnelheid van 16 m/s geeft de onderstaande tabel de invloed van de windrichting op de waarden van Pa, Pr en de 5 km-tijd.
We zien dus dat de invloed bij deze windsnelheid echt groot is. De luchtweerstand verandert dan enorm bij verschillende windrichtingen en daarmee veranderen Pr en de 5-km tijd ook flink!
We hebben bovendien nog een sommetje gemaakt wat het effect op de 5 km-tijd zou zijn indien het parcours zou bestaan uit 1 km wind mee, 1 km schuin tegen, 1 km zijwind, 1 km schuin mee en 1 km wind pal mee. Het resultaat is een 5 km-tijd van 21:39, dus meer dan 3 minuten langzamer dan bij windstil weer!
Het is dus maar goed dat de Stryd tegenwoordig de Pa kan meten!
We vinden bovenstaande berekeningen een overtuigend argument voor het gebruik van de Stryd. Immers, bij flinke wind heeft de Pa een grote invloed op het beschikbaar vermogen Pr en de resulterende loopsnelheid. Met een Stryd kan Hans gewoon zijn totale vermogenswaarde op 277 Watt houden, waardoor zijn tempo automatisch op en neer zal gaan met de windsnelheid en windrichting en hij niet het risico loopt dat hij zich opblaast. In een eerder artikel hebben we al aangetoond dat de Stryd de Pa goed kan meten bij wind tegen. De eerlijkheid gebiedt te melden dat de waarden bij meewind nog niet goed klopten met de theorie, maar Stryd werkt momenteel hard aan het algoritme om dat ook goed te krijgen.
Wat was de invloed van de wind op jouw tijd?
Voor een indruk van de invloed van de wind op de tijd die jij gelopen hebt, kun je eenvoudig een berekening maken met onze calculator op ProRun. Het berekeningsresultaat vind je daar onder het tabblad ‘Wind’. Het is slechts een indruk omdat we natuurlijk niet weten waar je hebt kunnen schuilen in een groepje en waar je op het parcours door bosjes en dergelijke toch wat in de luwte kon lopen.