De fysica van #energie: hoe winnaars van de Tour de France energie verbranden
Begin met trappen aan het begin van etappe 17. Er is ongeveer 400 meter klimmen en nog ongeveer 110 kilometer te gaan. Het is een geleidelijke stijging. Dan begint de echte test. Ga naar de Hautes-Pyrénées.
In de volgende 40 mijl moet je drie bergen beklimmen. Het netto hoogteverschil bedraagt 1 mijl. Deze stap had ik op mijn beste dag niet kunnen voltooien. Het was waar dat hij om ongeveer vijf uur de winnaar niet kon evenaren. Etappe 17 is slechts één van de 21 etappes verspreid over 23 dagen.
Ik heb sportfysica gestudeerd. Ik modelleer de Tour de France al bijna twintig jaar met behulp van terreingegevens en natuurkunde. Toch heb ik moeite om de menselijke capaciteit te begrijpen die nodig is om de beroemdste wielerwedstrijd ter wereld te voltooien. Slechts een kleine elite kan deze etappes in uren in plaats van dagen voltooien.
Het verschil komt neer op één maatstaf: het vermogen.
Hoe fietsers watt genereren
Vermogen is de snelheid waarmee energie wordt verbruikt. Deze energie komt uit voedsel. De wielrenners die de race van dit jaar hebben gewonnen, verbranden energie die overeenkomt met ongeveer 210 Big Macs.
Om de fiets te verplaatsen, brengen fietsers energie van hun spieren via het frame over naar de wielen. Hoe sneller deze overdracht plaatsvindt, hoe hoger het vermogen. Meet dit in watt.
Laten we eens kijken naar het verschil tussen professionals en amateurs. Een gezonde recreatieve fietser kan een vermogen van 250-300 watt ongeveer 20 minuten volhouden. Tour de France-rijders kunnen in dezelfde tijd meer dan 400 watt verbruiken. ze bereikten uitbarstingen van 1.000 watt op steile hellingen. Dit is voldoende om een magnetron te laten werken.
Maar al die energie stuwt de fiets niet vooruit.
Tegen weerstand en zwaartekracht
Fietsers bestrijden de luchtweerstand. Bestrijdt de wrijving tussen de banden en het wegdek. Bij afdalingen krijgen ze hulp van de zwaartekracht, maar ze moeten tegen de zwaartekracht vechten om overeind te komen.
Mijn model houdt rekening met al deze krachten. Als ik het gemiddelde vermogen bereken dat nodig is om te winnen, is het aantal onthutsend. Een typische winnaar moet gedurende de 80 uur durende race ongeveer 325 watt aan vermogen behouden.
De meeste casual rijders zijn blij met 300 watt gedurende 20 minuten. De profs doen het dagenlang. Hoe behouden ze deze macht? Het begint bij de motor.
De natuurkunde achter de etappes van de Tour de France
Wiskunde is wreed. Spieren zijn geen perfecte motoren. Ze verspillen energie in de vorm van warmte. De efficiëntie varieert sterk, afhankelijk van de taak. Zwemmen kan slechts 2 procent efficiëntie wegnemen. Het hart is als een continue pomp, die op een capaciteit van bijna 40% werkt. In de wielersport is gemiddeld 20% een goede schatting.
Dit nummer verandert alles.
Om te begrijpen wie de Tour de France gaat winnen, moeten we naar het calorietekort kijken. Renners verbranden tijdens de drie weken durende race gemiddeld ongeveer 120.000 calorieën. per etappe ongeveer 6000 calorieën. Een slopende heuvelklim zoals de 17e etappe van dit jaar kan de verbranding tot bijna 8.000 calorieën doen oplopen.
Waar komt deze brandstof vandaan?
Je kunt niet winnen als je leeg bent. De berijder blijft eten. Jambroodjes. Energierepen. “Jels” – een geleiachtig koolhydraatpakket dat gemakkelijk door te slikken is zonder kostbare kauwenergie te verspillen. Kauwen vergt inspanning. Werken kost calorieën. In een spel waarbij elke joule telt, strekt efficiëntie zich uit tot het eten zelf.
Bekijk het fysieke profiel van de winnaars. De winnaar van vorig jaar, Tadej Pogačar, woog slechts 146 pond (66 kilogram). Hij heeft heel weinig lichaamsvet. Op steile beklimmingen is er geen enorme interne reserve om uit te putten. Hij opereert op het scherp van de snede. Zijn lichaam heeft onmiddellijke input nodig om de output op peil te houden.
Daarom zie je ze hun gezichten volproppen. Dit is geen gebrek aan discipline. Dit is natuurkunde. Ze tanken een tank met gaten erin.
Tel de volgende keer dat je naar een etappe kijkt de stops. Tel de wikkels. Tussendoortjes zijn geen gewoonte. Dit is het mechanisme dat ze rechtop houdt.
“We hebben voortdurend voedselenergie nodig die in ons lichaam wordt gepompt, zodat deze met bovenmenselijke snelheden kan worden vrijgegeven.”
John Eric Goff is hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Lynchburg en bestudeert de mechanica van sport.
