Dit is hoe je gewicht en wattages jouw klimtijden beïnvloedt

Op een fraaie lentedag verschijnen ze aan de voet van het Rozenbos op de Veluwezoom. Ard, 1,99 meter en 91,6 kilo schoon aan de haak. Marina, 1,78 meter en 66,6 kilo. Voor hen ligt een klim van anderhalve kilometer. Het eerste deel geleidelijk, tegen het einde met percentages tot zeven procent. Wat gebeurt er als ze met precies evenveel vermogen omhoog fietsen? En hoe hard moet Ard trappen om net zo snel als Marina te gaan?

Wellicht heb jij het zelf al ervaren met je club of met je fietsvrienden. Op vlakke polderwegen stoempen de stevige renners vaak op kop, terwijl de lichtgewichten het vooral met harde wind moeilijk hebben. Maar zodra de weg oploopt, verandert het speelveld. Bergop komen de ‘dikbillen’ in de problemen, terwijl de lichtgewichten er als springveren vandoor schieten. 

Dat verschil is geen kwestie van talent alleen. Het is natuurkunde, zegt Guido Vroemen, sportarts en medisch bioloog die in zijn boek Het geheim van wielrennen inging op dit thema. “Op het vlakke speelt met name de luchtweerstand een rol, maar als je gaat klimmen is zwaartekracht de allesbepalende factor. En die is meedogenloos voor elke extra kilo die je moet meenemen.”

De onverbiddelijke rol van massa

De kern van het verhaal begint bij een eenvoudige relatie: hoe zwaarder je bent, hoe meer energie je nodig hebt om omhoog te komen. Verdubbelt je gewicht, dan heb je, bij gelijke snelheid en dezelfde hellingsgraad, ook een dubbel zo hoog vermogen nodig. 
Dat klinkt abstract, maar wordt concreet aan de hand van cijfers. Stel je laat Ard (gewicht inclusief fiets 103,8 kilo) en Marina (gewicht inclusief fiets 77,0 kilo) allebei een klim van acht procent met een snelheid van vijftien kilometer per uur nemen. Dat is omgerekend ongeveer 4,2 meter per seconde.

De zwaartekrachtversnelling, oftewel de snelheid waarmee de aarde aan vallende voorwerpen trekt, is een constante: 9,81 meter per seconde. Een helling van acht procent betekent dat de sinus van de hellingshoek ongeveer 0,08 is. Om de snelheid vast te houden en de zwaartekracht op die bewuste klim te overwinnen, moet ‘lichtgewicht’ Marina 254 watt trappen (77 x 9,81 x 4,2 x 0,08). Voor de zwaardere Ard is dat 342 watt. Het verschil van zo’n 88 watt, puur om het extra lichaamsgewicht omhoog te krijgen.

Watt per kilo 

Daarmee verschuift de aandacht naar wat binnen de wielersport misschien wel de heilige graadmeter is: de vermogen-gewichtsverhouding, uitgedrukt in watt per kilogram lichaamsgewicht.

Dat verschil wordt al bij de eerste test duidelijk als we zowel Marina als Ard met een vermogen van 200 watt het Rozenbos opsturen. Marina met haar 77 kilo (inclusief fiets) komt dan uit op 2,6 watt per kilo. Ard met zijn (bijna) 104 kilo levert ‘slechts’ 1,9 watt per kilo. Uiteindelijk is Marina 1 minuut en 10 seconden eerder boven op de anderhalve kilometer lange klim. “Ik had al koffie en appeltaart op toen Ard boven was”, zegt ze met een knipoog.

Uit de volgende test blijkt hoe hard Ard moet trappen om te compenseren voor de extra kilo’s die hij mee omhoog moet torsen. We sturen ze met een nieuwe opdracht het Rozenbos op: trap allebei 3 watt per kilo. En jawel, ze komen net zo snel boven. Maar daarvoor hoeft Marina ‘slechts’ 237 watt te trappen, terwijl Ard uitkomt op maar liefst 332 watt. Een verschil van 95 watt, alleen maar om het wiel te houden!

Luchtweerstand 

Op het vlakke ligt dat anders. Daar is luchtweerstand de dominante factor. Die kracht neemt toe met het kwadraat van de snelheid: hoe harder je rijdt, hoe disproportioneel groter de weerstand wordt. Bij snelheden van 30 kilometer per uur gaat het grootste deel van het geleverde vermogen, soms wel 80 procent, op aan het overwinnen van luchtweerstand. In dat domein kunnen grotere renners hun hogere absolute vermogen goed benutten.

“Maar op een klim daalt de snelheid van een renner naar twintig, vijftien of misschien wel tien kilometer per uur. En daarmee neemt ook de invloed van luchtweerstand drastisch af. In plaats van de hoofdrol te spelen, wordt luchtweerstand een bijzaak. Soms gaat nog maar tien procent van het totale vermogen hieraan op”, zegt Guido Vroemen. 

Dat heeft een belangrijk gevolg: een groot deel van het voordeel van krachtige renners verdwijnt, terwijl hun nadeel, extra massa, volledig overeind blijft. “Met name op de langere beklimmingen zal daar sprake van zijn. Op de kortere hellingen zijn ook de zwaardere, langere renners nog wel in staat om een hogere snelheid te halen.”

Rolweerstand 

Naast zwaartekracht en luchtweerstand speelt rolweerstand een rol. Die ontstaat doordat banden vervormen op het wegdek en energie verliezen bij elke omwenteling.

De kracht van rolweerstand is afhankelijk van de rolweerstandscoëfficiënt (vaak rond de 0,003 à 0,005 – afhankelijk van het type band en de druk), de zwaartekrachtversnelling, de snelheid en de massa. Ook hier zit massa dus in de rekensom verweven. 

“Een zwaardere renner ondervindt dus niet alleen meer zwaartekracht, maar ook meer rolweerstand. In absolute zin is dat effect kleiner dan dat van zwaartekracht, zeker op steile beklimmingen. Maar het patroon is wel vergelijkbaar: extra gewicht kost extra energie.”

Niet alle kilo’s zijn gelijk

Minder massa, kortom een lager totaalgewicht, is dus profijtelijk voor wie omhoog wil ‘vliegen’. Toch is het ook hier niet heel zwart-wit te stellen dat een lager lichaamsgewicht per definitie beter is. Want de massa van het lichaam bestaat uit verschillende componenten. Spiermassa levert vermogen; vetmassa niet.

Een grotere renner heeft vaak meer spiermassa en kan daardoor meer absolute watts produceren. Dat verklaart waarom hij op het vlakke of in sprints zo sterk kan zijn. “Je hebt ook wat zwaardere renners die gemakkelijker staand klimmen en in staat zijn om met hun extra massa op de pedalen te duwen.”

Het probleem ontstaat wanneer die extra spiermassa niet voldoende extra vermogen oplevert om het hogere gewicht te compenseren. In dat geval daalt de watt-per-kilo-verhouding en daarmee de klimprestatie. Het is dus niet alleen een kwestie van gewicht, maar van functioneel gewicht: hoeveel van je massa draagt daadwerkelijk bij aan voortstuwing?

Efficiëntie en energiegebruik

Daar komt nog een subtieler aspect bij: efficiëntie. Niet elke renner zet energie even effectief om in voorwaartse beweging. Kleine verschillen in bijvoorbeeld traptechniek, spiercoördinatie en biomechanica kunnen op lange beklimmingen een groot effect hebben. 

Naast de mechanische is er de metabole efficiëntie. “Metabool betekent simpel gezegd de zuurstofkosten per geleverde mechanische watt. Een renner die efficiënter is, verbruikt minder zuurstof per watt. Dus bij vergelijking van twee renners die met hetzelfde zuurstofverbruik fietsen zal de renner die efficiënter is meer mechanisch vermogen leveren. Meer efficiëntie zorgt voor een betere krachtoverbrenging, minder vermoeidheid en een hogere snelheid met dezelfde energie-inzet.” 

Warmte en fysiologie

Ook de warmtehuishouding speelt een rol, zeker tijdens lange, warme bergritten. Lichtere renners kunnen warmte doorgaans net wat efficiënter afvoeren via hun huid. Dat komt doordat ze meestal een grotere verhouding van huidoppervlak ten opzichte van massa hebben. Dat betekent dat ze minder snel oververhit raken en hun vermogen langer kunnen vasthouden. Deze factor wordt in de praktijk soms onderschat.

Wanneer wint de zware renner wél?

Veel scenario’s die dus in het nadeel van Ard en in het voordeel van Marina zijn. Toch zijn er situaties waarin een grotere, zwaardere renner als Ard zijn kwaliteiten kan benutten. Op minder steile hellingen – zeg drie tot vijf procent – blijft de snelheid relatief hoog en speelt luchtweerstand nog een aanzienlijke rol. Daar kan extra absoluut vermogen het verschil maken. Ook op korte klimmetjes waar explosiviteit belangrijker is dan langdurig vermogen per kilo, kan een krachtige renner excelleren. En in aankomsten bergop, waar na een klim nog gesprint moet worden, kan extra spiermassa opnieuw een voordeel zijn. 

In ons experiment delfde Ard ook bij de derde test het onderspit. Tijdens een all out inspanning waarbij je zo hard mogelijk trapt, piekte hij met een gemiddelde van 339 watt. De beter getrainde Marina overtoepte Ard met 365 watt. Daarmee was ze 35 seconden eerder boven. De conclusie van het experiment is voor Ard duidelijk. Hij gaat verder fietsen in ‘zijn’ geliefde polders. “Gewoon tegen de wind inbeuken op de open stukken vind ik domweg mooier. Ik ben misschien de enige in Nederland, maar op dijken en kaarsrechte wegen kom ik tot rust. Het liefst rem ik nooit en schakel ik één of twee keer tijdens een rit van honderd kilometer.”

Lichaamsgewicht in de ochtend

• Marina: 66,6 kilo
• Ard: 91,6 kilo

Lengte    

• Marina: 1,78 meter
• Ard: 1,99 meter

Totaal gewicht (persoon, fiets en toebehoren)tijdens de klim

• Marina: 77,0 kilo
• Ard: 103,8 kilo

Test 1: klimmen met gemiddeld 200 watt

• Marina: Daadwerkelijk: 203 watt Tijd 3:39 minuten
• Ard: Daadwerkelijk: 198 watt Tijd: 4:49 minuten

Test 2: klimmen met 3 watt per kilogram

• Marina: Opdracht: 231 watt Daadwerkelijk: 237 watt Tijd 3:10 minuten
• Ard: Opdracht: 311 watt Daadwerkelijk: 332 watt Tijd 3:10 minuten

Test 3: all out (zo hard mogelijk)

• Marina: 365 watt Tijd 2:19 minuten
• Ard: 339 watt Tijd 2:54 minuten