Teaser TU Delft Schaatsonderzoek: De snelle schaats

Transcriptie

1 Teaser TU Delft Schaatsonderzoek: De snelle schaats Inleiding Snel schaatsen kan op vele manieren. Snelheid maken op het gladde ijs vergt een speciale techniek. Door gebruik te maken van de eigenschappen van de schaats, is het mogelijk om zijwaarts af te zetten en voorwaarts te glijden. Zonder de juiste techniek is het lastig om het vermogen te leveren waardoor je vooruit komt. Wie herinnert zich niet zijn wankele eerste stappen op het gladde ijs. Blijven staan was al moeilijk, laat staan hard afzetten en snelheid maken! Naast het creëren van vermogen is een goede techniek ook noodzakelijk om met dat vermogen snelheid te maken. Hier kan het materiaal ook bij helpen. Om de prestatie te verbeteren kan je jezelf trainen (sterker worden), een betere schaats gebruiken (het materiaal) of je schaatstechniek (interactie tussen mens en materiaal) bijschaven, zie figuur 1. Om maximaal te presteren moeten alle drie de opties maximaal zijn. In het kader van wetenschappelijk onderzoek wordt aan de VU Amsterdam voornamelijk naar de fysiologie van de mens gekeken en hoe men slimmer kan trainen. Aan de TU Delft wordt o.a. gedetailleerder gekeken naar de mechanica (krachten en bewegingen) binnen een schaatsslag en hoe het materiaal dit positief kan beïnvloeden. Vergelijkbaar hoe een topschaatser zijn schaatstechniek perfectioneert, elke slag moet raak zijn. Op deze manier kan een waardeoordeel gegeven worden aan bepaalde veranderingen van het materiaal of de schaatstechniek zelf. Fig 1. Met goede techniek kun je extern vermogen creëren op het ijs en dat vermogen omzetten in voorwaartse snelheid Om in detail naar de krachten en bewegingen binnen een schaatsslag te kijken zijn diverse meetinstrumenten en kalibratieopstellingen ontwikkelt. Zo is er momenteel een 3 e generatie meetschaats om de krachten op en de oriëntatie van de schaats te meten en wordt er gebruik gemaakt van het LPM systeem in Thialf* om de bewegingen van de schaatser te monitoren. En omdat veranderingen aan de schaats vaak ook direct invloed hebben op de ijswrijving, is er een meetslee ontwikkeld voor het meten van ijswrijving. Vanwege de vele interacties en veelheid aan belangrijke parameters tussen mens, materiaal en ijs, wordt tevens een dynamisch model van de schaatsbeweging ontwikkeld om te begrijpen hoe diverse factoren elkaar beïnvloeden. * LPM systeem in Thialf: skating.html

2 Schaatsmetingen met Meetschaats, Oriëntatie sensoren, LPM systeem en video Voor het meten van de schaatsbeweging mogen de meetinstrumenten de schaatsbeweging minimaal hinderen en moeten schaatsers zoveel mogelijk hun eigen materiaal kunnen gebruiken. Voor het meten van de afzetkrachten tussen de schaatser en het ijs, is een meetbrug ontwikkeld die tussen de schoen en de schaatsbuis gemonteerd kan worden. Omdat het niet alleen nodig is de grootte, maar ook de richting van de afzetkrachten te weten zijn er op de meetschaats ook oriëntatiesensoren bevestigd. Om te weten hoe de schaats met een soort S- curve over het ijs glijdt en waar de schaatsen zich ten opzichte van het zwaartepunt bevinden, worden een drietal LPM sensoren (op beide schaatsen en het zwaartepunt) bevestigd. Met deze verschillende meetsystemen kunnen veel belangrijke parameters van de schaatsbeweging gemeten worden. De complete meetsetup tijdens het schaatsen is weergegeven in figuur 2 en momenteel wordt er ook nog gewerkt aan het draadloos maken van meetschaats zodat de rugtas niet meer nodig zal zijn! Fig 2. De verschillende meetsystemen op de schaatser In totaal zijn er dus een drietal gesynchroniseerde meetsystemen actief tijdens het schaatsen, nl, de afzetkrachten bij de schaats, de oriëntatie van de afzetkrachten en de posities van het lichaamszwaartepunt en de voeten. Door ook video opnames te maken kunnen de gegevens nog beter geïnterpreteerd en vertaald worden naar de praktijk. Een voorbeeldresultaat van de posities van het lichaamszwaartepunt en beide schaatsen, inclusief de krachten is te zien in figuur 3. Hier zie je bijvoorbeeld de lijn die de schaatser kiest tijdens zijn ronde met duidelijke zijwaartse bewegingen op het rechte eind. Ingezoomd op een aantal slagen op het rechte eind is te zien dat de schaats aan het eind van elke slag teruggestuurd wordt naar het zwaartepunt en dat dit samenvalt met een piek in de afzetkrachten. Door het terugsturen van de schaats, tegen de zijwaartse beweging van het zwaartepunt in, kan er harder afgezet worden. Hierdoor zal het zwaartepunt gaan bewegen (versnellen) in de afzetrichting die voornamelijk zijwaarts maar ook voorwaarts is. Dit soort verbanden en inzichten zijn heel waardevol om te zien, zodat goed begrepen kan worden hoe schaatser zo effectief mogelijk snelheid maken.

3 Fig 3. Voorbeeld resultaat van technisch goede (oud)schaatser. Boven: Bewegingen over 400m. Midden: Enkele slagen op het rechte eind. De schaats wordt aan het eind van de schaatsslag teruggestuurd naar het zwaartepunt. Onder: De krachten op de schaats. Een afzetpiek aan het eind van de slag.

4 IJswrijvingsmetingen en de meetslee Om een goed waardeoordeel over een schaats te kunnen geven, of gericht iets te kunnen zeggen over de kwaliteit van het ijs, moet goed gekeken worden naar de interactie die tussen de schaats en het ijs. Vele parameters zijn van invloed op de ijswrijving, zoals materiaal eigenschappen van het mes, de oppervlaktebehandeling van het mes (slijpen en polijsten) en natuurlijk de eigenschappen van het ijs zelf. Er zijn ook diverse parameters die zowel de ijswrijving beïnvloeden als de wendbaarheid en stabiliteit van een schaats, zoals de ronding en de buiging van een schaats. Om gecontroleerd dergelijke parameters te onderzoeken, zijn diverse prototypen van een meetslee ontwikkeld. Hierbij is continu geprobeerd om zoveel mogelijk de schaatssituatie na te bootsen terwijl de experimenten toch betrouwbaar en voldoende nauwkeurig zijn. De complete meetsetup voor de ijswrijvingsmetingen is weergegeven in figuur 4. Door de meetslee met een constante snelheid binnen te halen kan de trekkracht gemeten worden van de gehele slee. Om de ijswrijving van een enkel mes te meten is een sensor voor één mes gemonteerd waarvan ook de mestemperatuur gemeten kan worden. Momenteel wordt er verder gewerkt aan een gebruiksvriendelijk prototype voor het Innosportlab Thialf, zodat daar zelfstandig onderzoek gedaan kan worden naar het ijs en schaatsijzers. En natuurlijk ook gebruikt kan worden voor het onderzoek naar de relatie tussen stuur eigenschappen van de schaats, zoals de ronding en buiging, en de ijswrijving. Fig 4. De opstelling van de meetslee om gecontroleerd ijswrijvingsexperimenten uit te voeren.

5 Dynamisch model van een schaatser De schaatssport kent een van de grootste diversiteit wat betreft lichaamsbouw van de atleten, zoals de grote Europeaan versus de kleine Aziaat. Veel van de atleten houden er ook nog een karakteristieke stijl op na, zoals de Inline Skater met een vrij smalle schaatsslag op het rechte eind of de Shorttracker met een zeer stabiele bochtentechniek. Allemaal mengen ze zich in de strijd om de medailles op de 400m baan en allemaal hebben ze hun eigen karakteristieke stijl en fysiologische capaciteiten. Daarnaast dient men nog rekening te houden met de externe omstandigheden van de ijsbaan en kan men middels het afstellen van het materiaal het resultaat positief beïnvloeden. Om de schaatsers en coaches helpen te begrijpen hoe de verschillende factoren elkaar beïnvloeden, wordt een dynamisch model van de schaatsbeweging ontwikkeld, zie figuur 5. Anatomische en fysiologische kenmerken van de atleet vormen een input voor het model en kunnen op het land gemeten worden. De huidige status van de schaatsbeweging is tevens een input voor het model en vormt het startpunt van eventuele aanpassingen in de schaatsbeweging. Het dynamisch model analyseert vervolgens de mechanische parameters zoals de positie van de schaatsen t.o.v. het lichaamszwaartepunt, de sturing van de schaats over het ijs en de relatie met het creëren van snelheid (prestatiemaat). Het model kan in de toekomst ook gebruikt gaan worden door coaches die op hun eigen pc Wat als vragen kunnen beantwoorden zoals: - Wat als de snelheid toeneemt of de schaatser dieper gaat zitten. Hoe beïnvloed dat bijvoorbeeld het ritme van de schaatser, de sturing van de schaats over het ijs en wellicht een aanpassing aan het materiaal? - Wat als er op een buitenbaan gereden moet worden waar de wind parten speelt, het ijs wellicht zachter is en de radius van bocht misschien kleiner is? - Wat als er een vlakker ronding is het schaatsijzer geslepen wordt. Hoe beïnvloed dat de minimale curve over het ijs en de wellicht de ijswrijving? Binnen het huidige Onderzoek aan de TUDelft is een start gemaakt met het dynamische model van de schaatsbeweging op het rechte eind. Verdere validatie metingen moeten nog uitgevoerd worden en het uitgebreid worden naar de bochten. In samenwerking met de VU Amsterdam kunnen nauwkeuriger en uitgebreider de fysiologische parameters bepaald worden van een individuele atleet. Vervolgens moet er naar gestreeft worden dat coaches op hun eigen pc inzichten kunnen verkrijgen met het model. Fig 5. Dynamisch model van de schaatsbeweging. Door lichamelijk eigenschappen en de huidige schaatsbeweging in het model voeren, kunnen inzichten verkregen worden over de schaatstechniek om zo goed mogelijk snelheid te maken en daarmee de prestatie te verbeteren.