4. De rolweerstand
Wat
gebeurt er als je je handpalmen tegen elkaar wrijft? Ze worden warm. Warmte is
energie en is dus een direct bewijs dat er energie verloren gaat bij wrijving
of anders gezefd het kost kracht om twee oppervlakken tegenelkaar te wrijven.
De warmte wordt veroorzaakt door de weerstandskracht of wrijvingskracht.
Wrijving kan leiden tot vormverandering en warmteproductie. Bij het wielrennen
is er wrijving tussen de banden en het wegdek, de rolweerstand. De
materiaalfreaks onder ons weten precies wat de beste buitenband is en wat de rolweerstand
van die band is. Goed opgepompte banden rollen makkelijker dan hele slappe,
tubes rollen makkelijker dan een doorsnee trainingsband. Dit komt omdat een
goed opgepompte band minder vervormd en er dus minder energie verloren gaat.
Het
wegdek is echter van groot belang. Asfalt vervormt nauwelijks dus als de band
nauwelijks vervormd zal de rolweerstand erg klein zijn. Dit is anders met zand
of modder. Als je op zand een raceband plaats zakt het zand eronder direct naar
de zijkant. Er is niets dat het tegenhoudt. Kortom hier zit ‘m het
energieverlies in de weg. Als een brede mountainbike band gebruikt dan is het
oppervlak met het zand groter, en wordt het gewicht verspreidt over een groter
geheel. De kracht van de fiets is dus lager en hoeft het zand minder te wijken.
Hoewel het rubber redelijk elastisch is en dus terugkeert in de originele
toestant, wordt het wel warm, zeker als je binnen op de Tacx te keer gaat.
Juist deze elasticiteit zorgt voor warmte productie. Mocht je opzoek zijn naar
de ultieme wrijvingsloze tube: probeer een stalen band. De wrijving van
bijvoorbeeld de stalen wielen van een trein op de (stalen) rails, is zeer
klein... De overige negatieve consequenties zijn voor eenieder om te bedenken.
Omdat
de wrijvingskracht een kracht is, en ook hier Newton’s wetten van toepassing
zijn, leidt de kracht tot een versnelling. Maar de kracht werkt in de
tegengestelde richting van de beweging, en zal het tot een vertraging leiden.
Dus een wielrenner die ophoudt met trappen, en er geen wind is om hem te
helpen, zal steeds langzamer gaan fietsen, en uiteindelijk stil komen te staan.
De rolweerstand is evenredig met de normaalkracht, de kracht die de massa
uitoefent op de aarde, vermenigvuldigd met een wrijvingscoefficient. De wrijvingscoëfficiënt
moet experimenteel (door metingen) bepaald worden, hij kan niet worden
berekend. Om de wrijvingscoëfficiënt experimenteel te bepalen kan gebruikt
gemaakt worden van een hellend vlak. Het hellend vlak is gemaakt van het
materiaal in combinatie met het materiaal van een voorwerp waartussen men de
wrijvingscoëfficiënt wilt bepalen. Men brengt langzaam het hellend vlak onder
helling, op het moment dat het voorwerp begint te schuiven dan meet men de hoek
van het hellend vlak. De tangens van de hoek is dan de wrijvingscoëfficiënt
(Cr). Voor een horizontaal vlak is de normaalkracht gelijk aan de
zwaartekracht. In formulevorm:
Frolweerstand
= Cr mfiets en renner g
