REFERENTIES  

Trapfrequentie, Optimaal kracht en snelheid leveren

Een wielrenner trapt een versnelling rond met een bepaald tempo. Aangezien vermogen het product is van kracht en snelheid, zal een optimale combinatie van deze twee variabelen een maximaal vermogen (en de hoogste snelheid) opleveren. De wielrenner zal dus een optimale combinatie van versnelling en trapfrequentie moeten kiezen om het maximale uit zijn lijf te halen. Deze optimale combinatie is voor iedereen verschillend en hangt onder andere af van de samenstelling van de spieren van de wielrenner en zijn beenlengte.

Vermogen

In november 2001 is er in het Canadese Calgary onderzoek naar de invloed van de beenlengte op de optimale trapfrequentie bij het fietsen. Een maximaal vermogen op de fiets wordt geleverd bij een optimale combinatie van trapfrequentie en weerstand (zie figuur 1). Stel dat je iemand in een laboratorium op een fiets zet waar je handmatig de weerstand, waarop hij fietst (in de vorm van de remkracht op het vliegwiel) kan veranderen. Als je aan die persoon vraagt om zo hard mogelijk te trappen zal zijn maximale trapfrequentie afhankelijk zijn van de weerstand waartegen hij aan her trappen is. Op een fiets zonder versnellingen trap je bergop langzamer dan op een rechte weg! Door een persoon meerdere malen te laten fietsen te­gen steeds wisselende weerstanden kan een relatie gevonden worden die weergegeven is in figuur 1. Uit deze relatie is de optimale trap­frequentie te berekenen.

Figuur 1. De relatie tussen trapfrequentie - weerstand en trap­frequentie - geleverde vermogen. De rechte lijn correspondeert met de linker verticale as en is het resultaat van vier keer fietsen op verschillende weerstanden. De kromme bovenste lijn correspondeert met de rechter verticale as en geeft de relatie tussen de trapfrequentie en het vermogen. Sterretje= Optimale trap­frequentie ( maximaal vermogen).

Spiervezel

Vermogen is de combinatie van kracht en snelheid. Maar waarom is een bepaalde trapfrequentie optimaal? Daarvoor maken we even een uitstapje naar de ­fysiologie: Voor een afzonderlijke spiervezel geldt namelijk dat een bepaalde combinatie van kracht en snelheid een maximaal vermogen oplevert. De contractiesnelheid van de vezel waarbij dit vermogen gele­verd wordt is onder meet afhanke­lijk van het type vezel (naast bij­voorbeeld vermoeidheid en temperatuur). Bij fast-twitch vezels (Type II) ligt deze optimale contractiesnelheid vier maal zo hoog als bij slow-twitch vezels (Type I). De optimale contractiesnelheid van een spier zal dus afhankelijk zijn van zijn de spiervezelsamenstelling: een ho­ger percentage fast-twitch vezels zal resulteren in een hogere optimale contractiesnelheid van de spier. Deze hoge optimale contractiesnelheid van de spier zal resulteren in een hoge optimale hoeksnelheid van het gewricht waar hij over werkt. Een fietser met een hoog percentage fast-twitch vezels in zijn bovenbeen zal dus een hoge optimale hoeksnelheid van de knie hebben. Een hoge hoeksnelheid van de knie resulteert in een hoge trapfrequentie.

Crank

Het type spiervezel is niet de enige factor die invloed heeft op de optimale trapfrequentie. Ook de lengte van het been heeft invloed. Als de invloed van vezeltype buiten beschouwing wordt gelaten, zal iemand met een kort been altijd een lagere optimale trapfrequentie hebben dan iemand met een langer been. Dit wordt veroorzaakt door de geometrische beperkingen van de fiets. Doordat je op het zadel zit en je voet aan het pedaal vastzit wordt de beweging van het been vastgelegd door de lengte van de crank (zie figuur 2). Als twee mensen met verschillende been­lengte op een fiets fietsen met een crank van dezelfde lengte, zal de lengte van de crank meer invloed hebben op het korte been dan op het lange been.

Hoeksnelheid

Wat voor invloed heeft dit gegeven op de optimale trapfrequentie? De fietsbeweging be­staat uit het afwisselend buigen en strekken van het been. Het zadel kan zo worden afgesteld dat het been vrijwel geheel gestrekt is als het pedaal beneden is. De mate van buiging van het been als het pedaal boven is wordt bepaald door de lengte van het been en de lengte van de crank. Als we de twee personen nemen met ver­schillende beenlengte op de fiets met gelijke cranks, dan zal de persoon met het kortere been zijn knie verder buigen dan de persoon met het langere been. Met een getallenvoorbeeld wordt dit duide­lijker: stel dat beide personen hun been volledig strekken als het pe­daal onder is, hun kniehoek is dan 180 graden. Bij gebogen knie, is het helemaal boven. Zal de kniehoek van de persoon met het langere been 80 graden bedragen en die van de persoon met het kortere been 62 graden. Het verschil tussen strekken en buigen is bij de persoon met het kortere been (118 graden) dus groter dan bij de persoon met het langere been (100 graden) (zie figuur 3). Als beide personen nu met dezelfde hoeksnelheid fietsen (300 gr/s), dan zal de persoon met het langere been meer omwentelingen kunnen maken in dezelfde tijd, oftewel een hogere trapfrequentie hebben.

Figuur 3. Een vergelijking van een klein en een groot been op een fiets. Het kleine been is weergeven met de ononderbroken lijn, het grotere been met de stippellijn Het verschil in de positie van de heup wordt veroorzaakt door het verschil in zadel­hoogte.

Optimaal

De twee genoemde factoren die invloed hebben op de optimale trapfrequentie kunnen als volgt geïntegreerd worden. Twee personen met dezelfde spiersamenstelling zouden eenzelfde optimale hoeksnelheid van hun knie moeten hebben. Als deze twee personen een verschil hebben in beenlengte zal hun optimale trapfrequentie verschillen. Dus ondanks het feit dat hun optimale hoeksnelheid gelijk is, zal hun optimale trapfrequentie verschillen.

Praktijk

Wat kan een wielrenner met deze informatie? De gemid­delde wielrenner kent de precieze samenstelling van zijn spieren niet en een optimale trapfrequentie kan niet met een gewone fiets gemeten worden. De belangrijkste informatie uit dit verhaal is het feit dat er (voor het leveren van maximaal vermogen) dus geen algemene optimale trapfrequentie bestaat. Ieder mens heeft zijn eigen optimale trapfrequentie omdat hij een eigen unieke combinatie heeft van spiersamenstelling en beenlengte. Door aanpassing van de lengte van de crank kan de optimale trap­frequentie wel veranderd worden. Een verlenging van de crank zou dan een verlaging van de optimale trapfrequentie leveren, een verkor­ting van de crank een hogere opti­male trapfrequentie.

Andere sporten kennen precies dezelfde principes met betrekking tot de relatie tus­sen spiersamenstelling en vermogen. Voor elke beweging geldt dat een er een ‘individuele' optimale contractiesnelheid is die maximaal vermogen op zal leveren. De relatie met beenlengte zoals die in dit artikel is uiteengezet geldt echter alleen voor fietsen. De geometrische beperking die de fiets oplegt zorgt ervoor dat de crank invloed heeft op de optimale trapfrequentie.


Terug naar het referenties overzicht.