De vermogensvergelijking bij roeien

(Only available in Dutch)

Vermogensvergelijking

Wat is vermogen?

Om een boot te laten varen moet je als roeier energie leveren. De hoeveelheid energie die per seconde aan de omgeving wordt geleverd, wordt (mechanisch) vermogen genoemd en wordt uitgedrukt in Watt (Joule per seconde). Een roeier kan mechanisch vermogen leveren door energierijke stoffen (koolhydraten, vetten en eiwitten) te verbranden. Uit dit ‘metabole’ vermogen komt ongeveer 20% beschikbaar als mechanisch vermogen (de rest wordt hoofdzakelijk omgezet in warmte). In mechanische vorm wordt vermogen overgedragen door een kracht die een roeier op de riem en het voetenbord in de boot levert, en de snelheid waarmee de riem en het voetenbord bewegen. Het vermogen is dan gelijk aan de grootte van de snelheid van het zogenaamde aangrijpingspunt van de kracht maal de grootte van de component van de kracht die staat in de richting van die snelheid.

poster_met tekst 2
Krachten op een roeier in de boot

 

De vermogensvergelijking bij steady-state roeien

Het vermogen dat een roeier levert gaat deels verloren door vermogensverlies aan het water en door snelheidsfluctuaties. Dit deel van het vermogen kan worden beschouwd als ‘niet nuttig’. Wat overblijft wordt gebruikt om waterweerstand te overwinnen en draagt bij aan de gemiddelde snelheid van de boot. Dit deel van het vermogen noemen is het ‘effectief mechanisch vermogen, immers dit deel van vermogen leidt to snelheid van de boot. Omdat het bij roeien gaat om gemiddelde snelheid, en omdat het vermogensverlies aan het water en door snelheidsfluctuaties direct samenhangen met die snelheid, is een analyse van roeien in termen van geleverd en verloren vermogen cruciaal voor een goed inzicht in de mechanica van roeien.  Alle vermogenstermen die van belang zijn worden met elkaar in verband gebracht in de zogenaamde vermogensvergelijking voor steady-state roeien (meer over vermogensvergelijkingen zie Ingen Schenau&Cavanagh, 1990).

 

power equation

De vermogensvergelijking bij steady-state roeien

 

Het geleverde mechanische vermogen van een roeier (Proeier)

In het fietsen wordt er al veel mee getraind: metertjes die bepalen hoeveel mechanisch vermogen een fietser op dat moment aan het leveren is. Ook op een ergometer kun je zien hoeveel Watt je per haal levert en daarmee kun je je trainingsintensiteit bepalen. Het bepalen van trainingsintensiteit door middel van geleverd vermogen van elke individuele roeier in een boot is moeilijker en daarom gebruikt men vaak de snelheid van de boot of de hartslag van de roeier om trainingen te sturen. Het nadeel van het gebruik van deze parameters als trainingsintensiteit is dat ze variabel zijn omdat ze onder invloed staan van externe factoren, zoals de vermoeidheid van een roeier en de weersomstandigheden.

Het gebruiken van het mechanische vermogen van een roeier als maat voor trainingsintensiteit  heeft deze nadelen niet en daarom zou het interessant zijn om trainingsintensiteit onder andere te bepalen met behulp van het geleverde mechanische vermogen van een roeier.  Op dit moment wordt er voornamelijk gekeken naar het vermogen dat iemand op een dol levert (als het ware de crank van de roeiboot).

Het probleem is dat het geleverde vermogen op de dol niet hetzelfde is als het mechanische vermogen van een roeier. In dit onderzoeksproject gaan we opzoek naar een valide manier om mechanisch vermogen van een roeier te meten.

Vermogensverlies door snelheidsfluctuaties (P∆v)

Elite_speed_2

Snelheidsfluctuaties bij roeien ontstaan omdat een roeier enerzijds maar een deel van de tijd de boot aandrijft en anderzijds omdat er de massa van de roeier in de boot heen en weer beweegt. Belangrijk is om de fluctuaties zo klein mogelijk te houden omdat het continue onnodig afremmen en versnellen van de boot resulteert in een hoger mechanisch vermogensverlies dan bij een constante snelheid. Dit komt omdat de waterweerstand op de boot kwadratisch toeneemt met de bootsnelheid. Om deze waterweerstand te overwinnen is er tot de macht drie keer zoveel vermogen nodig.

Onderzoek toont aan dat er een relatie is tussen vermogensverliezen door snelheidsfluctuaties en prestatie op een geïnstrumenteerde ergometer die de waterweerstand nabootst. Hofmijster et al. (2008) Dit suggereert dat deze relatie ook in een echte boot te vinden is en dat vermogenverliezen door snelheidsfluctuaties mogelijk kunnen worden verbeterd. In een eerste
onderzoek hebben we gekeken of we met real-time feedback deze vermogensverliezen op een
vast tempo kunnen verminderen.

Vermogensverlies door afzet water (Pblade)

Binnen het onderzoeksproject zal de TU Delft zich bezig gaan houden met het vermogensverlies rond het blad van een roeier. Het is bekend bij roeien dat in het eerste deel van de haal de voorstuwing wordt gegenereerd door de liftkracht van het blad, die op dat moment groter is dan de wrijvingskracht en dat aan het einde van een roeihaal de lift juist in tegengestelde richting staat  (Caplan et al, 2007 ; Hofmijster et al, 2010) . Om echter de vermogensverliezen door waterstromen te bepalen zal het inzicht in deze waterstromen moeten worden vergroot.

Recente ontwikkelingen binnen de hydrodynamica maken het mogelijk om de waterbeweging rondom een blad nauwkeurig te meten. Tevens is het tegenwoordig mogelijk om met micro-sensoren lokaal de drukverdeling en daarmee de krachten in het scheidingsvlak tussen water en roeiboot/blad direct te meten. op basis van meting van de waterbeweging zullen de locaties op roeiboot/blad worden bepaald waar micro-sensoren het beste kunnen worden aangebracht om tot een adequate directe bepaling van het vermogensverlies aan het water te komen.

Lees verder: Innovatieve feedbacktools

5 thoughts on “De vermogensvergelijking bij roeien

  1. Ik hoop dat het onderzoek ook een (vertikale) krachtsensor op (onder) het bankje beoogt. Want achterin omkeren is mede de oorzaak van het dompen van de boeg, en de kracht daarvoor komt via het bankje en de boot op het water terecht. En dompgolven zijn een mega energieverlies. De vraag is dus ook: is de krachtsensor op het voetenboard er een voor horizontale of ook vertikale krachten, dit omdat de omkeer voor ook dompen veroorzaakt, nu vanaf het voetenboard. Uiteraard is het wel een primaire vraag of dompen te voorkomen is zonder de mechanische energie output te verminderen. En zelfs kan de vraag relevant zijn of het dompen niet (ook) gebruikt kan worden om een energiebesparing te creeren op een ander moment/ aspekt. Wellicht kan dat het geval zijn in een energie range waar de mens nog niet kan komen: dolfijnen springen UIT het water en saven zo energie door de weerstand tijdelijk op NUL te zetten. Helaas ken ik de roeier niet die een boot 2k kan laten “springen”. Maar dat hoeft ook niet: MINDER energieverlies is OOK winst. En dan heb je het over dompen als begin van een energie besparende roeitechniek. Vanaf een bepaalde domp-amplitude komt er dan een winst uit. Laat Delft maar eens uitrekenen bij welk vermogen dat ongeveer zal zijn, die omkeer van verlies naar winst.

  2. Erg interessant. Wat ik in alle beschouwingen mis is het effect van de massa traagheid van de roeier bij de recover. Is die verwaarloosbaar?

    • Klopt, wat wij zien in onze data is dat de snelheid van de boot over het algemeen het hoogst is wanneer de roeier naar voren rijdt (afhankelijk van de boot en het tempo is deze snelheid het hoogst aan het begin of in het midden van de recover). In laag tempo is de snelheid van de boot vaak het hoogst na de uitzet, terwijl in hoog tempo de snelheid vaak nog omhoog gaat tijdens de recover. Dit komt omdat de roeier aan zijn voetenbord moet trekken om zijn/haar massa weer bij de catch te krijgen. Daarmee versnelt hij/zij de boot in roeirichting. Hoe lichter de boot en hoe harder de roeier trekt hoe meer hij/zij de boot versnelt. Omdat het weerstand van het water de boot echter afremt, wordt de snelheid van de boot alleen groter tijdens de recover wanneer de roeier de boot meer weet te versnellen dan dat het water de boot weet te vertragen.

  3. Dat heet een riem, met een blad.
    Roeispanen worden gebruikt in roeiboten waarvan de snelheid niet door wetenschappers wort onderzocht, zong pieremegoggels

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *