Je leest:

Technolympics in Turijn – waarom de records sneuvelen

Technolympics in Turijn – waarom de records sneuvelen

Auteur: | 17 februari 2006

Op de Olympische Winterspelen die vrijdag in Turijn losbarsten, woedt niet alleen een sportieve veldslag, maar ook een wetenschappelijke: wie heeft de vernuftigste klapschaats, het meest aërodynamische schaatspak, en kan het ijs niet nóg gladder? ‘De schaatssport in Nederland is de laatste jaren volledig verwetenschappelijkt.’

Marnix ten Kortenaar kan er wel om lachen als hij zijn ouderwetse wollen muts rechttrekt. Zijn gedateerde schaatspak van jaren her heeft hij vanochtend ook uit de kast gehaald – en net aangetrokken. Net als zijn gewone schaatsen. Geen topschaatser die daar, in dit tijdperk van de klapschaats, nog op rijdt. Ten Kortenaar heeft zijn oude kloffie aangetrokken op speciaal verzoek van Intermediair.

De Nederlandse schaatssubtopper die tot vorig jaar voor Oostenrijk uitkwam op de grote toernooien, rijdt even in op het gladde ijs van het Thialf-stadion in Heerenveen en begeeft zich vervolgens naar de start. Het schot klinkt, Ten Kortenaar spurt weg voor de honderd meter. Zijn tijd: 11,53 seconden. Het valt hem tegen.

Als hij een klein half uurtje heeft uitgerust, hijst Ten Kortenaar zich in zijn hedendaagse schaatsoutfit: klapschaatsen en het aërodynamische pak waarmee hij vorig jaar de World Cup reed. Hij zet zich schrap bij de start, het pistoolschot davert door de hal – en direct daarna opnieuw: valse start. Zoiets kan op de honderd meter fataal zijn. Maar bij de tweede poging knalt Ten Kortenaar goed weg. Eindtijd: 10,79, driekwart seconde sneller dan daarnet. Hij is zelf verbaasd over het verschil: ‘Ik heb beide keren net zoveel gegeven, doorgaans verschillen mijn tijden dan hooguit een tiende van een seconde. Het moet nu dus wel aan dat pak en die klapschaatsen liggen.’ En dat terwijl klapschaatsen – in theorie – op korte afstanden relatief het minste voordeel opleveren.

Het tijdsverschil tussen Ten Kortenaars twee pogingen illustreert hoe de techniek de schaatssport in zijn greep heeft gekregen. De afgelopen tien jaar heeft er een revolutie plaatsgevonden. Die begon met de klapschaats, die al in de jaren tachtig was ontwikkeld aan de Vrije Universiteit in Amsterdam. Aanvankelijk wilde geen schaatser eraan, maar toen een Zuid-Hollandse juniorenploeg in 1994 op de klapschaats iedereen voorbij reed, ging de Nederlandse schaatswereld massaal om. Een seizoen lang lieten de Nederlandse dames aartsrivale Gunda Niemann ver achter zich. Toen bekeerde de hele wereld zich tot de klapschaats en werden alle wereldrecords aan flarden gereden.

Sensoren

Na de klapschaats deden op de Olympische Winterspelen van Nagano in 1998 de zigzagstrips op de schaatspakken hun intrede, bedacht door stromingsdeskundigen van de TU Delft: de Nederlandse schaatsploeg plakte een paar gekartelde stroken op onderbenen, onderarmen en hoofd, en de luchtweerstand bleek flink af te nemen (zie kader).

Luchtdruk

De luchtdruk is essentieel voor de tijden die bij een schaatswedstrijd worden gereden: hoe hoger de druk, hoe trager de tijden. Iedere tien millibar komt ongeveer overeen met 0,1 seconde op de vijfhonderd meter, schat bewegingswetenschapper en ex-topschaatser Harm Kuipers. Dus als er boven Heerenveen een depressie ligt met een druk van 970 millibar zijn de tijden op de 500 meter gemiddeld zo’n 0,7 seconde sneller dan bij een luchtdruk van 1040 millibar; dat is een flinke slok op een borrel.

In de bergen is de luchtdruk lager dan op zeeniveau. Daardoor worden wereldrecords vooral gereden op de banen van Salt Lake City en Calgary, die beide op duizend meter hoogte liggen (ook al wordt dat effect enigszins gecompenseerd door het feit dat de lucht ijler is en een schaatser per ademtocht minder zuurstof opneemt). Sommigen speculeren over de mogelijkheid in Nederland een overdekte ijsbaan te bouwen waarin de luchtdruk kunstmatig naar beneden wordt gebracht (zo’n hal moet dus praktisch luchtdicht zijn). Los van de praktische haalbaarheid werkt dat sowieso niet, meent schaatswetenschapper Jos de Koning. Door het verschil met de luchtdruk buiten, zou het dak imploderen. ‘Een verschil van tien millibar tussen binnen en buiten geeft hetzelfde effect als het hele dak vol parkeren met zware vrachtwagens.’

Wáár het ook aan lag: opnieuw kregen de wereldrecords een tik. Deed wereldrecordhouder Ard Schenk in 1971 (toen je nog in een trui en flubberbroek de baan opging) nog meer dan een kwartier over de tien kilometer, in 1998 knalde Gianni Romme in één keer vijftien seconden af van het toenmalige wereldrecord. Op dit moment is de dertienminutengrens zelfs doorbroken. De Amerikaan Chad Hedrick reed op oudejaarsdag in Salt Lake City een tijd van 12,55 minuten. Geen wonder dat schaatscoaches hun reserves tegen nieuwe technieken volledig lieten varen. Velen, vooral in Nederland, werken nu uitgebreid samen met wetenschappelijke onderzoeksgroepen. ‘De aanpak is nu veel wetenschappelijker dan tien jaar geleden’, zegt Jac Orie, coach van de succesvolle Postcodeloterij Schaatsploeg die in Turijn aantreedt met onder anderen Marianne Timmer en Mark Tuitert.

Orie, zelf bewegingswetenschapper, is de verpersoonlijking van de wetenschappelijke aanpak in de schaatswereld. Afgelopen zomer liet hij TNO zijn rijders bij het trainen volhangen met sensoren, blokjes van 2 bij 2,5 centimeter, vol met meetsystemen zoals gyroscopen, accelerometers en magneetsensoren, aangebracht op armen, benen en romp van de schaatsers. Ze maten exact de bewegingen en hoeken van gewrichten en ledematen. Een zendertje op de schouders van de schaatsers gaf bovendien permanent hun positie, snelheid en versnelling door. Zat iemand niet diep genoeg, was zijn houding niet helemaal in orde, of haperde er iets in het bewegingsritme, dan wist trainer Orie dat onmiddellijk. ‘Op die manier hadden we veel beter zicht op wat er precies fout ging’, zegt Orie. ‘Zo konden we fouten die schaatsers maar bleven maken er veel beter uitkrijgen. Met dit systeem valt veel te winnen in de toekomst.’

Na de Spelen wil Orie daarom door met TNO-trainingssensoren. TNO werkt inmiddels aan de miniaturisering van de meetblokjes, aldus onderzoeker Frans Lefeber. ‘We willen uiteindelijk toe naar een soort dikke pleisters.’

Het moderne schaatsen is onlosmakelijk verbonden met wetenschappelijk onderzoek. bron: Intermediair / Infographics. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Optimale strategie

Maar goed, je kunt nog zoveel sensoren op het lichaam van een schaatser aanbrengen om eventuele beweeg- en ritmefouten op te sporen, je moet dan natuurlijk wel weten hoe de ideale houding en vooral ritopbouw eruit zien. En Orie wéét dat, zegt hij. Alle goede schaatsers weten dat eigenlijk, vervolgt hij. Kwestie van ervaring, van heel lang met je vak bezig zijn.

Jos de Koning, de bewegingswetenschapper van de Vrije Universiteit die algemeen geldt als schaatswetenschapper nummer één, heeft evenwel zo zijn twijfels of schaatsers echt precies weten hoe ze een race het best opbouwen. Schaatsers mogen graag twisten over de vraag wat de beste racestrategie is: moet je keihard van start gaan en dan inzakken, of moet je de race zo gelijkmatig mogelijk rijden? De wetenschap heeft het antwoord inmiddels, zegt De Koning. Hij heeft in een zelf ontworpen computermodel alle belangrijke variabelen ingevoerd, van aërobe en anaërobe spieractiviteit tot luchtdruk, ijsweerstand, lichaamsgewicht en wat dies meer zij. De computer berekende op basis daarvan voor iedere schaatser een optimale racestrategie. ‘Vooral de uitkomsten voor de 1500 meter zijn opmerkelijk’, zegt De Koning. Schaatsers zouden op die afstand eigenlijk veel harder van start moeten gaan dan ze nu doen; vrijwel iedereen rijdt nu te gelijkmatig. Dat kan seconden schelen, zegt hij. Op de Olympische Spelen van Salt Lake City week Ids Postma bijvoorbeeld sterk af van zijn ideale raceschema op de 1500 meter, zo heeft De Koning berekend. Had Postma de computerstrategie exact gehanteerd, dan had hij goud behaald. Nu miste hij het erepodium.

Wereldrecords op de 10 km. Speciaal gemarkeerd zijn de sprongen die optreden bij technologische vernieuwingen. bron: Intermediair.

Klap

En dan die klapschaats, inmiddels volledig ingeburgerd. Op De Konings werkkamer in Amsterdam-Buitenveldert staan alle generaties klapschaatsen op een rij. Dat er flinke tijdwinst mee te behalen is, heeft de praktijk meer dan bewezen. Des te opmerkelijker is het dat de wetenschap de theorie achter de klapschaats vijf jaar geleden volledig heeft moeten bijstellen.

De oorspronkelijke opzet achter de klapschaats was dat schaatsers hun (kuit)spieren daarmee beter zouden kunnen aanspannen. Maar dat doen ze helemaal niet, zo bleek later uit proeven aan de Vrije Universiteit. Het werkelijke effect van de klapschaats is aan een veel ingewikkelder proces te danken. Het heeft ermee temaken dat het ‘aangrijpingspunt’ tijdens de slag bij een gewone schaats van achteren naar voren verschuift; zodra het voorbij de tenen komt, kun je eigenlijk niet goed meer afzetten. Bij een klapschaats komt dat aangrijpingspunt nooit zover en kampen schaatsers dus niet met dat probleem.

Is de klapschaats nu, na al die jaren, uitontwikkeld? ‘Nee, er valt nog wel wat te winnen’, meent De Koning. Zijn computerschaats, voorzien van een chip die de eerste slagen na de start het klapmechanisme gesloten houdt, was een duidelijke vooruitgang, zegt hij. Tot zijn spijt is de schaats door de internationale schaatsunie ISU verboden, omdat er een batterijtje in zit. Maar de klapschaats kan ook mechanisch nog een stuk verbeterd worden. Zo heeft De Koning een schaats ontwikkeld met twee scharnieren in plaats van één. ‘Ik heb er alle vertrouwen in dat schaatsers daarmee nog harder zullen gaan’, zegt hij. Keihard bewezen is het nog niet, doordat topschaatsers zich er nog niet aan wagen. Ze vinden hem ‘zwaar rijden’, aldus schaatscoach Orie. Komt nog wel, hoopt De Koning, de eerste klapschaats lag immers ook tien jaar op de plank voordat de schaatswereld eraan toe was.

Productiefout

Veel schaatsers verwachten meer van betere schaatskleding. Want zeventig tot tachtig procent van de weerstand die een schaatser moet overwinnen, is luchtweerstand. In theorie is er op dat gebied dus het meest te winnen.

Luchtweerstand, aërodynamica, dat is het terrein van de TU Delft. ‘Er valt met betere kleding inderdaad nog flink wat tijd te winnen’, zegt stromingsdeskundige Leo Veldhuis, een van de uitvinders van de zigzagstrips op de schaatspakken die in Nagano hun intrede deden. Die dunne ribbelstroken moesten de schaatsers toen nog zelf op hun kleding bevestigen. Inmiddels heeft de Amerikaanse fabrikant Nike de aërodynamische vormen in een compleet schaatspak geïntegreerd. De eerste versie van het pak, de Swift Skin 1, beviel vier jaar geleden tamelijk goed. Veel topschaatsers rijden er inmiddels in. Het principe: de stof van de onderbenen en rechteronderarm is extra ruw gemaakt (de linkeronderarmniet, want die ligt op de rug). Hierdoor daalt de luchtweerstand (zie kader). Het fiasco van de opvolger van het pak – de Swift Skin 2 – is inmiddels uitvoerig in de pers besproken. Nike presenteerde het pak onlangs met veel bombarie: negenhonderd uur testen in de windtunnel zou hebben uitgewezen dat het pak een stuk sneller is. Maar al bij de eerste wedstrijd klaagden schaatsers collectief dat ze het gevoel hadden dat het pak juist meer weerstand opleverde. Nike kwam uiteindelijk met een verklaring: de zogenaamde meshlaag op de onderbenen zou binnenstebuiten zijn aangebracht – een productiefout. Er was volgens Nike geen tijd meer om het euvel vóór de Spelen te verhelpen; dus gaat in Turijn waarschijnlijk niemand in het pak de baan op. Op zich is het een prima pak, zegt Nike-woordvoerder Stephan Lub. Maar of rijders er het volgend seizoen wel in zullen rijden, weet hij niet. ‘Dan hebben we misschien al weer een beter pak ontwikkeld.’

Strips

Hoe gladder het schaatspak, hoe sneller de schaatser, was lange tijd de stelregel in de schaatssport. Dat inzicht was vooral te danken aan de snelle tijden van de 45-jarige Zwitserse subtopper Franz Krienbühl die in 1974 voor het eerst in een glad pak uit één stuk verscheen en direct zijn persoonlijke records verpulverde. Toch gaat de stelling niet helemaal op. Bij gladde cilindervormige oppervlakken zoals benen en armen heeft de voorbijstromende lucht namelijk de neiging snel ‘los te laten’ van het oppervlak, waardoor er achter de cilinder een vacuüm dreigt te ontstaan waarin onmiddellijk turbulentie optreedt. Hierdoor ontstaat er een zwakke kracht die de schaatser naar achter trekt. Maak je het oppervlak van arm of been daarentegen ruw, dan blijft de erlangs stromende lucht veel langer aan het lichaamsdeel plakken, waardoor er veel minder turbulentie en dus snelheidsverlies optreedt.

Delftse strip

Stromingswetenschapper Veldhuis kan een licht gevoel van leedvermaak om Nike’s problemen niet onderdrukken. Want het zou toch een beetje jammer zijn als een Amerikaanse multinational er met een Nederlandse vinding vandoor zou gaan. Ondertussen werken ook hij en collega’s in het geheim aan een nog beter pak, zegt Veldhuis. Een pak waarin ruwe en gladde oppervlakken elkaar nog subtieler afwisselen. En dat ook de luchtweerstand van het hoofd terugdringt. Want dat werkt bij het Nike-pak niet goed, vindt Veldhuis. Niet voor niets zullen veel Nederlandse schaatsers met een extra (Delftse) strip op het hoofd in Turijn aan de start verschijnen. Het nieuwe Delftse pak zal schaatsers bovendien nog sterker in een typische schaatshouding ‘dwingen’. Dat voelt wellicht enigszins aan als een dwangbuis,maar het rijdt wel sneller.

Uiteindelijk kunnen nog aërodynamischer pakken een tijdwinst van een- tot drietiende seconde per ronde opleveren, schat Veldhuis. Op de tien kilometer betekent dat nog eens tweeënhalf tot maximaal acht seconden eraf. Hoeveel precies, dat varieert sterk per schaatser. Want een lompe schaatser heeft veel meer baat bij een snel pak dan een ranke. Een beer van een vent als Gianni Romme heeft bijvoorbeeld veel te winnen, terwijl een rijdster als Annemarie Thomas volgens Veldhuis ‘van nature al heel aërodynamisch is’. Voor Nederlanders is dat overigens goed nieuws: vanwege hun omvang gaan zij er gemiddeld meer op vooruit dan veel buitenlandse schaatsers.

Vluchtig ijs

Waardoor kun je schaatsen op ijs? De wetenschap weet het eigenlijk nog steeds niet. Vroeger waren er twee theorieën. De eerste: doordat de schaats de druk op het ijs verhoogt, daalt het smeltpunt, waardoor er een klein vloeibaar laagje ontstaat waarop je schaats als het ware drijft. De tweede theorie lijkt daar een beetje op, maar ziet niets in die smeltpuntverlaging. Nee, het dunne waterfilmpje ontstaat door de warmte die vrijkomt door de wrijving tussen schaats en ijs. Mooi bedacht, maar naar alle waarschijnlijkheid klopt geen van beide theorieën. Die smeltpuntsdaling door de schaatsdruk bedraagt maximaal een graad of twee. Dat zou betekenen dat je bij min drie graden al niet meer zou kunnen schaatsen. In de praktijk stoppen schaatsen pas met glijden bij een temperatuur onder min dertig graden. Om dezelfde reden is de wrijvingstheorie discutabel, want het is onmogelijk dat het ijs in een fractie van een seconde meer dan dertig graden opwarmt.

Daarom vindt een derde theorie tegenwoordig veel weerklank in de wetenschap: het ijsoppervlak bestaat niet uit vaste ijskristallen, zoals altijd gedacht, maar uit een uiterst dun laagje beweeglijke moleculen. Die bewegende moleculen ontstaan doordat ijs, ook al ligt de temperatuur onder nul, permanent een beetje vervluchtigt, ofwel verdampt. Hoe hoger de luchtvochtigheid, hoe moeilijker ijs vervluchtigt, en hoe minder glad het dus zou moeten zijn. Dat komt overeen met de praktische kennis van ijsmeesters zoals die in Heerenveen; zij weten dat ijs minder lekker glijdt als de lucht vochtig is. De theorie biedt ook een verklaring voor het feit dat ijs bij temperaturen rond min dertig nauwelijks nog glijdt: het vervluchtigen stopt dan omdat zulke koude lucht nauwelijks vocht kan opnemen.

Snellere pakken, betere klapschaatsen, efficiëntere strategieën en trainingen: volgens Harm Kuipers, hoogleraar bewegingswetenschappen in Maastricht en in 1975 zelf wereldkampioen allround schaatsen, is dat slechts kruimelwerk in vergelijking met de snelheidsklapper die er nú aan zit te komen: sneller ijs. Want ook op het ijs heeft de wetenschap zich inmiddels gestort. Niet in Delft, niet in Amsterdam, maar in Thialf in Heerenveen doen wetenschappers proeven. Er hangt een enigszins geheimzinnig waas omheen, vanwege de concurrentie, met name de ijshallen in Calgary en Salt Lake City.

De belangrijkste man achter die ijsproeven is uitgerekend Marnix ten Kortenaar, naast topschaatser ook gepromoveerd scheikundige. Hij wil er niet te veel over kwijt. Maar de resultaten van zijn proeven zijn opmerkelijk, verklapt hij. De komende maanden komen de resultaten naar buiten.

De essentie: ijs gaat een stuk gladder worden dan het al is. Door de ‘dynamische oppervlaktespanning’ en de viscositeit (de stroperigheid) van het ijs te verlagen, zegt Ten Kortenaar. Dat lukt door in heel kleine concentraties chemische stoffen aan het water toe te voegen voordat het bevriest. Zogenaamde surfactants bijvoorbeeld, die vormen uiteindelijk een molecuuldik laagje aan het oppervlak van het ijs.

Op bescheiden schaal is deze techniek in Heerenveen al toegepast, zegt Ten Kortenaar. Het was niet voor niets dat Carl Verheijen op 4 december een (inmiddels gebroken) wereldrecord reed, terwijl Heerenveen normaal gesproken veel te laag ligt voor wereldrecords. Tot nu toe is er door het extra gladde ijs al 0,6 tot 0,7 seconden per vijfhonderd meter afgesnoept, schat Ten Kortenaar. Dat wordt uiteindelijk een volle seconde, denkt hij. Ofwel: twintig seconden op de tien kilometer.

Kortom, daarover zijn alle schaatswetenschappers het eens, het einde van de snelheidsrecords is nog lang niet in zicht. Van het wereldrecord op de tien kilometer zullen uiteindelijk nog tientallen seconden afgaan. ‘Binnen een paar jaar al duiken we onder de 12,45’, denkt coach Orie.

Het is een beetje wrang dat dat vrijwel zeker niet in Turijn zal gebeuren. Door de miskleun met de Nike pakken is er namelijk maar weinig verbeterd ten opzichte van vorig jaar. Hooguit sneuvelt het tienkilometer record, maar ook die kans is niet groot, denkt Harm Kuipers. Nee, de nieuwe golf van wereldrecords komt na Turijn.

Sommigen verlangen bij al dat gereken en wetenschappelijk geanalyseer wel eens terug naar de tijden van Ard Schenk en Kees Verkerk. Toen schaatsers op soms Siberische buitenbanen, met wollen muts en gebreide wanten vochten met de elementen. Een kop warme snert na afloop. Ervaart Ard Schenk die nostalgie zelf ook? Helemaal niet, zegt hij. De technische vooruitgang – hij weet dat sommigen het wel eens betreuren – vindt hij prima. Al was het maar omdat ze niet tegen te houden is. Uiteindelijk maakt het toch allemaal geen klap uit, weet Schenk. Wie iets nieuws heeft, heeft er hooguit één seizoen voordeel van, daarna heeft iedereen het. En dus leveren de snelle, wetenschappelijk gestuurde jongens van tegenwoordig dezelfde onderlinge strijd als de bikkels van dertig jaar geleden.

Bezoek de website van Intermediair.

Dit artikel is een publicatie van Intermediair.
© Intermediair, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 17 februari 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.