Rennen op een loopband

[Bitnl]

Vooropgesteld: ik ben een absolute leek op natuurkundig gebied. Weet ook niet zeker of het onderstaande op dit forum 'past', maar toch maar een poging gewaagd...

Ik ben verzeild geraakt in een levendige discussie over het verschil tussen hardlopen op een loopband versus hardlopen op een 'stilstaande' ondergrond (bv. een atletiekbaan).

Gevoelsmatig én uit eigen ervaring is mijn stelling dat hardlopen op een loopband minder energie kost dan hardlopen op een atletiekbaan / op straat. Anders gezegd: het is eenvoudiger om 10 kilometer op een loopband te rennen dan 10 kilometer op een (kaarsrechte) niet-bewegende ondergrond.

Is dit (zaken als luchtweerstand even buiten beschouwing gelaten) inderdaad waar, en te beredeneren vanuit een wetenschappelijke/natuurkundige insteek?

Of klets ik maar wat uit mijn nek met mijn stelling?

[EvilBro]

Is dit (zaken als luchtweerstand even buiten beschouwing gelaten) inderdaad waar, en te beredeneren vanuit een wetenschappelijke/natuurkundige insteek?

Wat zijn volgens jou de verschillen tussen beide situaties?

[Benm]

Het lijkt me vreemd om hier luchtweerstand buiten beschouwing te laten, juist dat is het voornaamste verschil in beide situaties, en zal m.i. een goed deel verklaren.

Voor de rest is er weinig verschil, het is alleen een verplaatsing van een ander referentiekader. Zou je een stilstaande loopband van 1 km lang maken, dan denk ik niet dat er een verschil is in de benodigde energie die af te lopen, vergeleken met een rollende loopband (dwz zelfde ondergrond, even vlak etc) - afgezien van de luchtweerstand uiteraard.

[Bitnl]

Bedankt voor jullie snelle reacties.

Uit de vraag van EvilBro denk ik op te maken dat het enig juiste antwoord zal zijn: 'Er zijn geen verschillen', waarmee in feite mijn vraag al beantwoord zou zijn. (Wat nog eens onderstreept wordt door Benm).

Niet gehinderd door enige kennis van zaken ging ik er van uit dat je op een loopband minder krachtig af hoeft te zetten bij het rennen, omdat het oppervlak waarover je loopt onder je doorrolt terwijl je los bent van de grond. Maar dit lijkt dus een foute aanname mijnerzijds te zijn...

[Bitnl]

In DIT boek over inspanningsfysiologie kwam ik trouwens, na een google-aktie, onderstaande quotes tegen:

"In tegenstelling tot fietsen met weerstand, gaat het lopen op een vlakke loopband niet gepaard met uitwendige wrijving en verplaatsing. Strikt fysisch gesproken verricht iemand op een loopband amper arbeid, er treedt geen horizontale verplaatsing op en het lichaamszwaartepunt vertoont niet veel verticale verplaatsing."

...

"Bij hogere snelheden kost het lopen of joggen op de loopband minder energie dan dezelfde activiteit op de grond. Dit is belangrijk om te weten, anders zouden adviezen voor buiten oefenen en trainen tot een hogere belasting kunnen leiden dan gewenst."

De verschillen waarover de auteurs het hierin hebben zouden dus louter vanuit de luchtweerstand verklaard moeten worden?

[EvilBro]

De reden dat ik om verschillen vroeg was om je aan het beredeneren te krijgen. Dat is namelijk veel waardevoller dan het antwoord voorzeggen (mijn inziens).

In tegenstelling tot fietsen met weerstand, gaat het lopen op een vlakke loopband niet gepaard met uitwendige wrijving en verplaatsing.

Er worden hier twee dingen geopperd: uitwendige wrijving en verplaatsing. Probeer te bedenken wat er met beide dingen bedoeld wordt. Probeer daarna vast te stellen of ze invloed hebben op je vraag. Hoe heeft bijvoorbeeld verplaatsing invloed op 'het zwaarder zijn' van buiten rennen?

[Benm]

Ik zou het wel denken, zeker omdat ze zeggen dat de afwijking groter is bij hogere snelheden, iets dat strookt met de verliezen aan luchtweerstand bij normale verplaatsing.

Wat dat afzetten betreft: bij rennen over een vaste ondergrond heb je zelf een voorwaarste snelheid, vergelijkbaar met zelf stilstaan op een ondergrond die achteruit gaat. Stel dat je plotseling zou gaan stilstaan, dan gebeurd ook in beide situaties hetzelfde: je valt voorover.

En wat arbeid betreft: iemand die op een rechte baan loopt verricht ook geen arbeid, althans, niet in natuurkundige zin.

[jkien]

In DIT boek over inspanningsfysiologie kwam ik trouwens, na een google-aktie, onderstaande quotes tegen:

"In tegenstelling tot fietsen met weerstand, gaat het lopen op een vlakke loopband niet gepaard met uitwendige wrijving en verplaatsing. Strikt fysisch gesproken verricht iemand op een loopband amper arbeid, er treedt geen horizontale verplaatsing op en het lichaamszwaartepunt vertoont niet veel verticale verplaatsing."

De verschillen waarover de auteurs het hierin hebben zouden dus louter vanuit de luchtweerstand verklaard moeten worden?

De bewering dat een hardloper op de loopband fysisch gesproken weinig arbeid verricht is niet in orde. Die bewering zou bijvoorbeeld impliceren dat ook een marathonloper op de weg weinig arbeid verricht, en dat is onjuist. Alleen als spieren alle energie verspillen aan statische spierspanning verrichten die spieren weinig arbeid. Maar een marathonloper besteedt de energie grotendeels aan de dynamische spierbeweging. Iedere pas is een mechanische schokbeweging waarbij de spieren arbeid verrichten voor een cyclus van rem- en versnelbewegingen van romp en ledematen. Dat is fysische arbeid.

Ik ben het er wel mee eens dat die arbeid op de lopende band ongeveer even groot is als op de weg. Misschien verschilt het voetgevoel bij de landing en de afzet.

[Bitnl]

Wederom bedankt voor de reacties!

De reden dat ik om verschillen vroeg was om je aan het beredeneren te krijgen. Dat is namelijk veel waardevoller dan het antwoord voorzeggen (mijn inziens).

Helemaal mee eens. Dat principe probeer ik bij de opvoeding van m'n zoontje ook te hanteren.

Er worden hier twee dingen geopperd: uitwendige wrijving en verplaatsing. Probeer te bedenken wat er met beide dingen bedoeld wordt. Probeer daarna vast te stellen of ze invloed hebben op je vraag. Hoe heeft bijvoorbeeld verplaatsing invloed op 'het zwaarder zijn' van buiten rennen?

Volgens mijn simpele redenatie zou je je op een loopband minder ver hoeven te verplaatsen (dus minder hard afzetten?) omdat tijdens de tijd dat je 'los' bent van de band (in de lucht 'hangt'), de band onder je door rolt. Ik heb me inmiddels echter al laten vertellen dat die vlieger niet opgaat, omdat je een achterwaartse impuls meekrijgt van de band, die je als het ware zult moeten compenseren, waardoor je per saldo evenveel kracht zult moeten zetten als op een normale ondergrond.

Wat de uitwendige wrijving betreft: de luchtweerstand? Dat verschil is er natuurlijk, maar ik zou niet durven zeggen hoe groot de invloed hiervan is.

Bij een verhandeling over statische spierspanning versus dynamische spierbeweging vrees ik dat ik af moet haken, dat gaat me een beetje boven de pet... Maar ook hier bedankt voor de reactie.

[EvilBro]

Volgens mijn simpele redenatie zou je je op een loopband minder ver hoeven te verplaatsen (dus minder hard afzetten?) omdat tijdens de tijd dat je 'los' bent van de band (in de lucht 'hangt'), de band onder je door rolt.

Zit je wel eens in de trein? Wacht tot de trein met constante snelheid beweegt. Spring dan eens recht omhoog. Je zult zien dat je op precies dezelfde plek zal landen als waarvandaan je gesprongen was. Ook als je heen en weer loopt zul je geen verschil merken tussen met de trein meelopen en er tegenin lopen. Het maakt dus niks uit dat de trein, je ondergrond, beweegt. Dit is het principe van Galileïse relativiteit. (Een andere mooie plek om dit te ervaren is op een vliegveld met zo'n lange loopband.)

[Benm]

Wat de uitwendige wrijving betreft: de luchtweerstand? Dat verschil is er natuurlijk, maar ik zou niet durven zeggen hoe groot de invloed hiervan is.

Ik denk dat het probleem is dat op school-natuurkunde de luchtweerstand altijd verwaarloosd mag worden, terwijl het in de praktijk een heel belangrijk ding is. Dat dat zelfs voor lopende/rennende mensen van invloed is merk je wel als je tegen de wind in moet lopen - het hoeft niet gek hard te waaien wil dat merkbaar zijn.

Nog veel sterker zie je dit bijvoorbeeld met auto's. Op snelwegtempo wordt verreweg het meeste vermogen gebruikt om de luchtweerstand te overwinnen. Zou je een auto die op de weg 200 km/h haalt testen op een (zeer licht lopende) rollerband, dan zou je maar zo een maximum van 300 km/h kunnen vinden (als het al niet meer is). Die snelheid zou je ook halen op een snelweg in een vacuum - althans, even aangenomen dat je de motor dan op een of andere manier van lucht en koeling kunt voorzien...

[Bitnl]

Zit je wel eens in de trein? Wacht tot de trein met constante snelheid beweegt. Spring dan eens recht omhoog. Je zult zien dat je op precies dezelfde plek zal landen als waarvandaan je gesprongen was. Ook als je heen en weer loopt zul je geen verschil merken tussen met de trein meelopen en er tegenin lopen. Het maakt dus niks uit dat de trein, je ondergrond, beweegt. Dit is het principe van Galileïse relativiteit. (Een andere mooie plek om dit te ervaren is op een vliegveld met zo'n lange loopband.)

Grappig: dat voorbeeld met de trein werd me gisteravond ook al voor de voeten geworpen door degene waar ik de oorspronkelijke discussie mee had (en die ik inmiddels heb laten weten dat ik er naast zat trouwens). Het gekke: bij dat voorbeeld is het wél gelijk duidelijk hoe e.e.a. werkt, terwijl het in eenzelfde setting maar dan vermomd als loopband, blijkbaar een stuk moeilijker was om me te overtuigen.

[Jan van de Velde]

Ik denk dat het probleem is dat op school-natuurkunde de luchtweerstand altijd verwaarloosd mag worden, terwijl het in de praktijk een heel belangrijk ding is. Dat dat zelfs voor lopende/rennende mensen van invloed is merk je wel als je tegen de wind in moet lopen - het hoeft niet gek hard te waaien wil dat merkbaar zijn.

Maar voor een joggende mens valt dat nogal mee. Ruwe schatting voor joggen in het veld aan 10 km/h bij windstilte:

Fw = ½·A·Cw·ρ·v² ≈ ½·1·1·1,3·3² ≈ 6 N.

Dat kost je dus elke meter een arbeid W= F·s = 6 x 1 = 6 J aan energie, of iets in die orde van grootte. 5 % van je totale energieverbruik bij die activiteit (ik vind waarden van rond de 30 kcal/km voor joggen).

[ghrasp]

Ook als je bij tien km /uur wind mee hebt is joggen met die snelheid voor de wind op de weg nog altijd zwaarder. Het lopen is namelijk geen eenparige horizontale beweging met alleen een op en neergaande (verticaal) niet eenparige beweging zoals op een loopband.

Misschien dat de ideale loper enigszins in de buurt komt maar in t algemeen zie je dat er een vertraging in zit bij t neerkomen en weer een versnelling bij de afzet.

Spieren werken niet als een skippybal waarmee je min of meer de energie van het indrukken weer omzet bij t omhoog komen (op en neer springen vanuit hurk en weer omhoog is iets anders, je moet de energie steeds weer leveren. Je kunt bijv niet hoger springen door van een muurtje op de grond te springen. Zo kan ook een loper op de weg de energie die vertraagd niet bij de volgende afzet weer benutten. Op een loopband is de op en neergaande beweging min of meer hetzelfde maar is er tegelijk een eenparige beweging horizontaal.

Op een loopband hoef je dan ook niet voorwaarts af te zetten het wikkelt zich vanzelf af net als wanneer je er een wieltje op zou laten draaien en op de weg heb je die afzet wel nodig.

[Jan van de Velde]

Op een loopband hoef je dan ook niet voorwaarts af te zetten het wikkelt zich vanzelf af net als wanneer je er een wieltje op zou laten draaien en op de weg heb je die afzet wel nodig.

Hoezo? Dit is verder toch gewoon een Galileïsche tranformatie? Als je op de weg loopt gaat de aarde zelfs met honderden kilometers per uur oostwaarts onder je voeten door. Maar ik merk er niks van, in welke richting ik ook loop.