Categorieën
Analyse

Hardlopen

Veel mensen lopen hard, maar weinigen begrijpen de mechanische principes van deze oeroude beweging. Met behulp van de methode Essentiële Analyse zal ik enkele adviezen geven aan hardlopers die streven naar minder blessures, of met meer snelheid of langere afstanden willen hardlopen.

Hardlopen

Ik definieer hardlopen als de natuurlijke loopbeweging waarbij er elke stap een zweefmoment is waarbij beide voeten van de vloer zijn. We hebben het dus niet over snelwandelen of joggen.

Wensen

Elke hardloper zal unieke wensen voor verbetering hebben, maar veel gehoord zijn:

  • Blessures verminderen: hardlopen is een blessuregevoelige sport.
  • Snelheid vergroten: hoger eindigen bij een wedstrijd.
  • Afstand vergroten: om bijvoorbeeld een hele of halve marathon te kunnen voltooien.

De essentie

Mijn hypothese is dat de essentie van hardlopen de stap met één been is, die loopt van afzet via zweeffase naar landing en steunfase tot aan de volgende afzet. De steunfase is dynamisch het minst interessant en kan eigenlijk worden gezien als een inleiding op de afzet. De stap met het andere been is het spiegelbeeld en is dus in principe mechanisch gelijk. Idealiter doet een hardloper ongeveer 180 van die sprongen in één minuut, dus 90 links en 90 rechts.1Overigens lopen de stappen van links en rechts  door elkaar heen, maar dat maakt voor de analyse niet uit.

Hardlopen is dus eigenlijk niks anders dan heel vaak naar voren springen. Dat verklaart ook waarom langeafstandslopers zo licht zijn. Zij stoten tijdens een marathon hun gewicht meer dan 22.000 keer omhoog. Recordhouder Eliud Kipchoge bijvoorbeeld weegt slechts 52 kilogram.

Verbetering

Wat betekenen de wensen zoals hierboven geschetst nu voor de essentie? Je zou die als volgt kunnen vertalen:

  • Minder blessures: springen belast de pezen, spieren en botten enorm. Beperk dus zoveel mogelijk de impact op het gestel.
  • Hogere snelheid: vergroot de voorwaartse snelheid door zoveel mogelijk versnelling en zo weinig mogelijk vertraging te genereren.
  • Meer afstand: verhoog de efficiency door zo weinig mogelijk energie te spenderen voor een zo groot mogelijke horizontale afstand.

Modellering

We bekijken de dynamisch meest essentiële onderdelen van de stap afzonderlijk: afzet, landing, stand.

Afzet

De spong is vanuit fysisch oogpunt niks anders dan een horizontaal voortbewegend projectiel dat een stoot schuin naar boven krijgt. De vraag is dus hoe we de massa zo ver mogelijk krijgen in een zo kort mogelijke tijd en met beperking van verticale landingssnelheid (i.e. impact).

Afzet bij hardlopen
Mijn afzet bij het hardlopen is met 75 graden te veel voorover.

Het zwaartepunt beschrijft in vacuum een paraboolbaan. Het vraagstuk van hierboven is minder eenvoudig op te lossen dan bij een projectiel dat wordt afgeschoten vanuit stilstand, omdat de al aanwezige horizontale basissnelheid een belangrijke rol speelt. Het blijkt dat de optimale hoek bij mijn snelheid (ongeveer 13 km/u) en afzetkracht ongeveer 78 graden is.  Ik zit daar met 75 graden2Als echter de luchtweerstand wel wordt meegenomen zal de optimale afzethoek heel dicht in de buurt van 75 komen. onder en moet dus rechterop lopen om efficiënter te zijn. Anders gezegd is mijn voorwaartse helling (forward lean) 15 graden, terwijl 12 graden voor mij optimaal is.

Landing

De grootste horizontale versnelling vindt plaats bij de afzet. De grootste (potentiële) vertraging echter bij de landing. De verticale impact moet door schoenen en lichaam worden geabsorbeerd en weer omgezet in opwaartse snelheid. Het is echter zaak om horizontaal zo weinig mogelijk vertraging te incasseren.

Landing bij hardlopen
Mijn landingsvoet is recht onder mijn zwaartepunt en de knie is licht gebogen.

Het is duidelijk dat de stand van het been de grootste invloed heeft. De minste vertraging bij landing vindt plaats bij een licht gebogen knie met de voet recht onder het zwaartepunt, zodanig dat het lichaam als het ware direct door rolt in plaats van te remmen.

Stand

Belangrijker voor de efficiency is de hoeveelheid verticale beweging. Die moet worden geminimaliseerd, aangezien ze niet bijdraagt aan de snelheid en bovendien energie kost. De neergaande beweging wordt tijdens de standfase omgezet in een opgaande en die opgaande beweging  stopt pas halverwege de zweeffase, waarna de vallende neergaande beweging weer wordt ingezet.

Net als veel lopers heb ik een verticale beweging van ongeveer 10 cm. Dus elke stap verplaats ik mijn lichaamsgewicht over die afstand omhoog. Na 10 kilometer is dat bij een snelheid van 13 km/u en een pasfrequentie van 175 opgelopen tot een stijging (en daling) van ruim 800 meter. Niet gek dat je van hardlopen zo warm wordt!

Het is duidelijk dat hier qua efficiency nog veel te winnen valt. Kijk maar eens naar dit filmpje van een cheeta op volle snelheid. Let op de bijna totale afwezigheid van verticale beweging van zijn lichaamszwaartepunt (dat zit ergens in zijn borstkas) en kop. Hij verspilt dus hoegenaamd geen energie in die richting.

Vermogen

Laten we de bewering dat hardlopen eigenlijk heel vaak springen is eens kwantitatief maken. Laten we eens aannemen dat ik met mijn 70kg een verticale oscillatie zou hebben van 10 cm per pas en ik maak 3 passen per seconde, dan vereist dat een vermogen benodigd om mijn zwaartepunt elke seconde 30 cm omhoog te brengen van 70 x 9,81 x 0,3 = 206 Watt. Dit is dus ongeacht de snelheid die ik loop.

Het vermogen om de luchtweerstand te overwinnen is wel afhankelijk van de snelheid en wel kwadratisch. Bij een snelheid van 12 km/u is die ongeveer 5 Watt, dus amper 3% van de verticale oscillatie en feitelijk te verwaarlozen.

Dit vermogen wordt geleverd door verbranding in de spieren met een rendement van ongeveer 30%. Een deel van de energie voor de opgaande beweging is de elastische teruggave door de pezen van de voorgaande valbeweging. Uiteindelijk wordt al het vermogen omgezet in warmte dat ofwel rechtstreeks ofwel via het lichaam aan de lucht wordt toegevoegd.

Adviezen

Vanuit de bovenstaande vereenvoudiging van hardlopen tot de stap kom ik tot de volgende adviezen:

  1. Streef naar een lager gewicht, mits je BMI niet onder de 18,5 zakt. Afvallen is niet gemakkelijk, maar betaalt zich bij het hardlopen heel snel uit.
  2. Streef naar een doorrollanding waarbij het been licht gebogen recht onder het lichaamszwaartepunt hangt. Veel lopers houden hun landingsbeen naar voren, vaak landend op de hiel, met als gevolg onnodig remmen en blessures.
  3. Streef naar minder verticale beweging (of eigenlijk: verminder het product van verticale bounce en pasfrequentie)3Je zou simpelweg de pasfrequentie kunnen verlagen, maar dan wordt de stap weer te lang en het gaat ook ten koste van de elasticiteit. Er is dus een optimum pasfrequentie en die ligt rond de 180 per minuut.. Met de blik op de horizon is een goede zelfanalyse te doen van de hoeveelheid bounce. Een reductie van de bounce van 10 naar 8cm bij dezelfde pasfrequentie betekent een energiebesparing van bijna 20%!
  4. Vergoot elasticiteit van de benen (met name Achillespees en voetboog) om zoveel mogelijk valenergie terug te krijgen bij elke pas.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *