De haartooi en de kledingoutfits van atletes hebben een significante invloed op de tijd van sprinters en op de lengte van de sprong van verspringers. Dat heeft een team onder leiding van Bert Blocken, professor aerodynamica, aangetoond. Een samenvatting aan de hand van tien vragen.
1. Waarom is dit onderzoek uniek?
Bert Blocken: Het is het eerste gepubliceerde wetenschappelijke onderzoek ooit naar de impact van haarstijl en kleding op de afstand die een atlete overbrugt in het verspringen. Het is ook de eerste keer dat dit zo uitgebreid is onderzocht op de tijd die een atlete aflegt op de 100 meter sprint. Vorige studies belichtten wel de invloed van onder meer zwaartekracht, bij het verspringen, en van weersomstandigheden (wind, temperatuur, vochtigheid…), maar nooit hoe haar en kleding de luchtweerstand verhogen of niet, en hoe dat een atlete dus kan afremmen.
In de atletiek leeft nog altijd de perceptie dat die impact bijna nihil is. Zo zie je nog altijd verspringsters en spurtsters met weelderige haardracht en/of met wapperende shirts en broekjes die niet systematisch zijn ontworpen na windtunneltesten. Onze studie toont aan dat de aanname van de geringe impact op de luchtweerstand verkeerd is.
2. Wie heeft het onderzoek gedaan?
Blocken: Ik heb dit, als professor aan de Heriot-Watt University in het Verenigd Koninkrijk en aan de KU Leuven, uitgevoerd met collega dr. Fabio Malizia. We hebben samengewerkt met het softwarebedrijf Ansys en met onderzoekers van de University of Southampton, de Oxford Brookes University en het bedrijf Tailormold. Het onderzoek is aanvaard voor publicatie in het peer-reviewed wetenschappelijke Q1-tijdschrift Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics.
3. Wat hield het onderzoek in?
Blocken: Via Computational Fluid Dynamics (CFD), simulaties met computermodellen, en testen met kleinschalige en levensgrote paspoppen in de windtunnel hebben we tien verschillende haarstijlen (in een dotje, kort, halflang, lang los of gekruld haar, lange dreadlocks) en twintig combinaties van kledingoutfits (shirts, topjes, broekjes) getest.
De testen met het haar hebben we toegepast op een naakte paspop. De testen met de kledij op een kale paspop. Kwestie van de invloed van haar op kledij, of omgekeerd, te vermijden. Zo hebben we afzonderlijk de luchtweerstand bij de 100 meter sprint, bij de aanloop naar een sprong en tijdens de sprong van het verspringen getest.
Via CFD-simulaties – met een paspop is dat in de windtunnel niet na te bootsen – hebben we ook de impact van drie verschillende sprongstijlen van verspringers op de luchtweerstand bestudeerd: de stride jump (waarbij de atlete afzet met haar ene been, na de afsprong haar andere been vooruit zwaait en op het einde van de sprong zijn twee benen samenbrengt), de hitch kick (waarbij een atlete na de afsprong een trappende beweging met beiden benen maakt), en de hang style (waarbij de atlete al vroeg met twee geknielde benen gaat hangen en landt met gestrekt benen).
4. Wat heeft in het verspringen de grootste invloed op de toename van de luchtweerstand: de aanloop of de sprong?
Blocken: De aanloop. Met name de aanloopsnelheid die in heel belangrijke mate, samen met de hellingshoek bij de afzet (ideaal 20 à 25 graden), de lengte van de sprong bepaalt. Niet toevallig zijn de beste verspringers halve sprinters. Ze moeten immers een hoge snelheid met de juiste sprongtechniek omzetten naar een verre sprong.
Aangezien de sprong op zich in tijd heel kort is, heeft de verhoogde luchtweerstand door haarstijl of kleding tijdens de sprong slechts een impact van 10 à 15 procent, ten opzichte van 85 à 90 procent voor de aanloop.
5. Wat is de impact van haarstijl op de luchtweerstand?
Blocken: Elke haarstijl doet de luchtweerstand bij een sprint toenemen. Zelfs wanneer het haar in een dotje wordt opgeknoopt, stijgt de weerstand met 2,3 procent. Bij lang krullend haar is de stijging het grootst: tot 8,7 procent. Bij lange dreadlocks, zoals bij Nafi Thiam, is die stijging kleiner (5,8 tot 6,5%) omdat de dreadlocks tijdens het lopen meer achter de rug hangen dan krulhaar. Dat krulhaar heeft meer volume, en wekt dus meer luchtweerstand op.
Via een computermodel, gebaseerd op de tweede wet van Newton, kunnen we omrekenen hoeveel centimeter dat kost bij het verspringen of honderdsten op de 100 meter sprint. Bij lang krullend haar zal dat ongeveer 4 tot 5 centimeter bedragen, en tussen 2 en 3 honderdsten op de 100 meter.
6. Wat is de impact van kleding op de luchtweerstand?
Blocken: Heel opvallend: een nauw aansluitend topje en short doet de luchtweerstand zakken met 14,4 procent. Een loshangende broekje, met een strak topje, doet de luchtweerstand met 13,5 procent tóénemen. Een verschil dus van bijna 28 procent tussen de meest en minst aerodynamische outfit.
Het computermodel op basis van de tweede wet van Newton geeft dan 7 centimeter verlies bij 15 procent meer luchtweerstand, 9 centimeter bij 20 procent en ruim 11 centimeter bij 25 procent meer luchtweerstand. Voor de 100 meter sprint kan men gelijkaardige berekeningen doen, dat resulteert in meer dan 7 honderdsten verlies bij 25 procent meer luchtweerstand.
In realiteit zullen de verschillen tussen de outfits niet zo groot zijn – de meeste atletes dragen tegenwoordig vrij strakke shorts en shirts – maar het kan wel oplopen tot een paar honderdsten of een paar centimeter. Ook dat kan bepalen of een atlete op de Olympische Spelen goud, zilver, brons of zelfs geen medaille behaalt.
De combinatie van de impact van kleding én van haar hebben we niet gemeten in de windtunnel. Maar als beiden een stijging van de luchtweerstand veroorzaken kunnen de verschillen weer oplopen, naar 20 procent of meer luchtweerstand, of dus naar minstens 10 centimeter of 7 honderdsten. Let wel: dit is allicht een onderschatting (zie vraag acht).
7. Waarom doet sommige kleding de luchtweerstand afnemen?
Blocken: De strakheid van de outfit is daarop niet de enige bepalende factor. Ook de gladheid van de stof (elastaan, polyester, nylon, polyamide, al dan niet met speciale coating…) maakt een verschil bij een bepaalde snelheden. Zoals het ene tijdritpak in het wielrennen ook aerodynamischer is bij een snelheid van 40 kilometer per uur, en een ander bij een snelheid van 55 kilometer per uur.
Het is ook bewezen dat een gladde stof meestal aerodynamischer is dan lichaamshuid. Idealiter zou een atlete dus zowel met bedekte armen én benen moeten lopen. Naast een nauw aansluitende kap waarin het haar helemaal kan worden weggestoken. Dat is niet eens revolutionair. Al in 2000 droeg de Australische Cathy Freeman zo’n kap tijdens de Olympische Spelen van Sydney, waar ze goud veroverde op de 400 meter.
8. Waarom wordt dat niet gebruikt in de atletiek?
Blocken: Zo’n bodysuit of hoofdkap zijn ‘quick wins’, zonder veel moeite of investering, maar atletiek is helaas een conservatieve wereld. Zelfs kledingfabrikanten zetten er amper of niet op in. Nike heeft ooit broekjes ontworpen met bolletjes, die de luchtstroom moesten bevorderen, maar verder is het nooit geraakt.
Op korte termijn zullen atletes dus niet massaal met zo’n hoofdkap springen of sprinten. Misschien zal het nog tien tot twintig jaar duren. Maar ooit zullen ze allemaal zo’n kap dragen. Daar ben ik van overtuigd. Op zijn minst zouden alle atletes hun kleding moeten laten testen in de windtunnel. Zeker in een sport waarin één honderdste of centimeter kan beslissen over winst. Misschien zal dit onderzoek daar een steentje toe bijgedragen.
9. Zijn de resultaten anders bij verschillende windsnelheden en/of windrichtingen?
Blocken: Rug of -tegenwind, veel of weinig wind leidt tot een verdere of minder verre sprong. Maar dat maakt niets uit wat betreft de toename van de luchtweerstand door haarstijl en kleding. De impact blijft qua percentage dezelfde. Bij veel tegenwind is er uiteraard een toename van de luchtweerstand, maar die is recht evenredig met de stijging van de luchtweerstand op zowel het haar, de kleding als op het hele lichaam.
10. Waarom zijn de resultaten allicht een onderschatting?
Blocken: We bouwen altijd een zekere marge in, om zeker te zijn van de aangegeven impact. Bij de computersimulaties hebben we bijvoorbeeld niet meegerekend dat de luchtweerstand bij de neerwaartse curve van de sprong in het verspringen nog groter is. Daarom zie je het haar van een atlete altijd naar achteren en zelfs naar boven wapperen bij de landing.
Een factor die we, los van haar of kleding, ook niet hebben meegerekend: de bewegingen van de benen en armen bij een sprint en tijdens het springen. Wanneer die naar voren bewegen, doen ze dat met een hogere snelheid dan het lichaam. Gaan ze naar achteren, met een lagere snelheid. Maar het gemiddelde is wel hoger, en dat doet de luchtweerstand ook toenemen.
Met een paspop in de windtunnel kan je dat echter niet meten. Ook niet met een atlete, want die kan nooit op precies dezelfde manier lopen in de windtunnel of springen in het echt bij verschillende configuraties. Dat is absoluut noodzakelijk om de foutenmarge te beperken. Bij tijdrijders in het wielrennen lukt dat beter, omdat die vaste ankerpunten hebben op hun stuur, pedalen en zadel, maar ook daar is een paspop preciezer voor de metingen.
Fout opgemerkt of meer nieuws? Meld het hier