Bobslee & Wetenschap

In Operatie Lake Placid volgde Canvas de
lotgevallen van drie Belgische bobsleeteams
op weg naar de wereldbeker wedstrijd
in Lake Placid, met als uiteindelijk doel
de Olympische Winterspelen van 2010 in
Vancouver. Om het programma weten-
schappelijk te onderbouwen deed Canvas
onder andere beroep op de ingenieurs
van het Departement Werktuigkunde van
de K.U. Leuven. Joris Walraevens, Liesbet
Goossens en Hans Wambacq trokken in
december 2008 naar de bobsleebaan van
het koude Winterberg om een antwoord te
geven op drie grote vragen:
➊ wat is de ideale lijn om een bobslee door
een bocht te sturen, ➋ heeft het gewicht
een invloed op de snelheid van de bobslee,
en ➌ welke versnellingen ondervindt het
lichaam tijdens een afdaling?
Joris Walraevens, Liesbet Goossens,
Pieter Spaepen & Hans Wambacq
Bobslee & Wetenschap
Een driedimensionaal, mathematisch model van
één van de bochten van de afdaling moest een
antwoord bieden op de vraag of er een ideale
lijn bestaat om de bobslee door een bocht te sturen.
In het model wordt een geparametriseerde differentiaal
vergelijking geminimaliseerd naar de tijd. Het resultaat
levert het snelste traject op bij een bepaalde
instuursnelheid, -hoogte en -hoek (Figuur 1). In dit
model wordt de wrijving van de glij-ijzers op het ijs, de
wrijving tengevolge van stuurbewegingen en de luchtwrijving
in rekening gebracht. Op basis van het model
kon aangetoond worden dat niet enkel de gekozen lijn
belangrijk is voor de eindtijd, maar dat ook de grootte en
richting van de snelheid waarmee een bocht aangesneden
wordt van cruciaal belang is. De voorbereiding voor
2 | Het Ingenieursblad JG 79 · 2/2010
de bocht is met andere woorden even belangrijk als het
stuurwerk in de bocht zelf.
Naast een theoretisch ideaal traject, werden de werkelijk
afgelegde trajecten van de drie pilotes in kaart gebracht
(Figuur 2). Bovendien werden ze vergeleken met het
traject afgelegd door Paul Neagu, hun coach die de
baan in Winterberg al meer dan 3000 maal afdaalde.
Een hogesnelheidscamera stond zo opgesteld dat
bocht 14 volledig in 1 frame paste en filmde de voorbij
razende bobs aan 120Hz. Op basis van deze beelden
kon berekend worden dat de pilote die een traject
volgde dat het dichtst bij dat van Paul lag, inderdaad
het snelste afdaalde. De afwijkingen ten opzichte van dit
referentietraject waren miniem (

De tweede grote vraag was welke invloed het gewicht
had op de snelheid van de afdaling. De teams
streven steeds naar het maximale toegelaten gewicht.
Voor een bobslee-team van 2 vrouwen is een maximaal
gewicht van 340 kg toegestaan inclusief het gewicht
van de bobslee van ongeveer 170 kg. In een theoretische
wereld zonder wrijving is de snelheid van een
voorwerp onafhankelijk van zijn vorm of massa. Echter,
experimenten op de baan in Winterberg toonden aan
dat in werkelijkheid de wrijving wel een belangrijke rol
speelt: er vanuit gaande dat de wrijving van de glij-ijzers
met het ijs en de wrijving van de lucht met de bob
onafhankelijk is van de massa, dan volgt uit het behoud
van energie dat een zware bob sneller naar beneden
glijdt dan een lichte. Daarom raakt bv. een pingpong
© VRT - Geert Van Hoeymissen
balletje gevuld met water sneller de grond dan een leeg
pingpong balletje dat op dezelfde hoogte losgelaten
worden.
De derde vraag die de ingenieurs voorgeschoteld kregen
was welke versnellingen de lichamen van de pilotes
te verwerken krijgen tijdens een afdaling. In achtbanen
is de “veilige grens” voor de versnelling ongeveer
5g. Echter, een bijkomende voorwaarde voor deze hoge
versnellingen is dat de versnelling zeer geleidelijk wordt
op- en afgebouwd, dat het grootste deel van de versnelling
volgens de richting van de wervelkolom ligt en dat
de duur van de blootstelling aan deze versnelling tot een
minimum gehouden wordt.
JG 79 · 2/2010 Het Ingenieursblad | 3

Operatie Lake Placid
Figuur 1: Ideale lijn van een bob door een bocht bij een bepaalde instuurhoek,
ingangshoogte en ingangssnelheid (animatie).
Bekijk de geanimeerde versie op www.hetingenieursblad.be.
Figuur 2: Trajecten van de drie pilotes (Eflje, Eva en Leen) en hun coach (Paul Neagu)
in bocht 14 van de bobsleebaan in Winterberg (animatie).
Bekijk de geanimeerde versie op www.hetingenieursblad.be.
Om de versnelling tijdens een afdaling op te meten nam
trainer Paul Neagu een realtime data-acquisitie systeem
gevoed door twee 12V batterijen mee in een rugzak
tijdens een van zijn afdalingen. Twee triaxiale accelerometers
werden bevestigd aan de binnenzijde van de
bobslee. Uit de metingen bleek dat de versnellingen in
een bobslee lager zijn dan in sommige achtbanen (Figuur
3), maar als het verloop van deze versnelling in de tijd
onderzocht wordt, valt snel op dat de verandering van
versnelling (ook de ruk genoemd) belangrijk is. Bovendien
is de richting niet steeds volgens de wervelkolom, wat
de belasting voor het lichaam verhoogt. Voornamelijk de
belasting op het hoofd en de halswervels is aanzienlijk
groter voor de atletes in de bobslee dan wat een normale
pretparkganger meemaakt in een wilde achtbaan.
Daarenboven blijft de versnelling gedurende meer dan
20s groter dan 4g wat de uithouding van de spieren
test. De atletes besteden dan ook extra aandacht aan de
nek- en bovenrugspieren om met deze versnellingen om
te kunnen gaan en blessures te vermijden
4 | Het Ingenieursblad JG 79 · 2/2010
Bobsleeën voor vrouwen
Vrouwen mochten voor het eerst meedingen
om een olympische medaille in het bobsleeen
in Salt Lake City 2002. Bij de start proberen
de pilote en de remster de -ongeveer 170 kg
wegende- bobslee voort te duwen tot een
snelheid van bijna 45 km/uur. Deze krachtexplosie
bepaalt voor een groot deel de eindtijd
van de race. Algemeen wordt aanvaard dat
elke fractie verlies bij de start verdrievoudigd
wordt bij de finish. Dit is cruciaal omdat enkele
honderdsten van een seconde vaak de winnaar
van de wedstrijd bepalen.
Naast de start bepalen de stuurmanscapaciteiten
van de pilote in belangrijke mate hoe
goed het team - na ongeveer een minuut
racen - de finish zal bereiken. Een pilote stuurt
de bob zodat deze een ‘ideale’ lijn volgt. Een
bob laag door een bocht sturen betekent een
korter af te leggen weg, maar moet de pilote
meer sturen en heeft de bob dus minder snelheid.
Als de bob hoog door de bocht gestuurd
wordt kan een hogere snelheid aangehouden
worden maar is de af te leggen weg langer.
Daarenboven bepaalt de manier hoe de volgende
bocht aangesneden moet worden in
grote mate de lijn waarmee de bob de vorige
bocht moet verlaten.

De bobsleemeisjes v.l.n.r. : Eva Willemarck, Bieke Vandenabeele,
Elfje Willemsen, Evi Petro en Leen Blondelle.
© VRT - Geert Van Hoeymissen
Door de samenwerking van Canvas met de KULeuven,
slaagde Operation Lake Placid erin om een mix te tonen
tussen entertainment, sport en wetenschap. Bovendien
konden de atletes de resultaten van de analyses, berekeningen
en metingen gebruiken in hun trainingen om
zichzelf op een hoger niveau te tillen.
Ga naar www.hetingenieursblad.be om de animaties
van figuur 1 en 3 te zien.
Het programma
In lang vervlogen tijden heeft België succes gekend in het (mannen)bobsleeën:
meer dan 80 jaar geleden behaalde België een
bronzen medaille op de Olympische Winterspelen van Chamonix
in het bobsleeën. Ongeveer 20 jaar later, in 1948, deed een ander
Belgisch bobsleeteam nog beter: op de baan van Sankt-Moritz
veroverde het zilver. Jammer genoeg kon dit niveau niet gehandhaafd
worden en stierf het Belgisch bobsleeën een stille dood.
In 2007 blies Canvas samen met enkele wetenschappers en sponsors
het bobsleeën nieuw leven in met Operatie Winterberg. In dat
programma werd een zoektocht op poten gezet naar een Belgisch
vrouwen bobsleeteam. Door binnen de vooropgestelde criteria te
finishen bewezen de zes atletes dat een Belgische deelname aan
de Winterspelen in 2010 geen droom was.
In Operatie Lake Placid breide Canvas een vervolg aan dit avontuur.
Hierin werden de teams gevolgd tijdens hun eerste volledige
bobsleeseizoen. Het doel van dit seizoen was het halen van
de wereldkampioenschapen in Lake Placid. Bovendien moesten
ze tijdens dit seizoen voldoende punten verzamelen om aan de
Belgische en Olympische normen te voldoen om hun deelname aan
de Olympische winterspelen van Vancouver in 2010 te garanderen.
Eind 2009 vervulden Elfje Willemsen (pilote) en Eva Willemarck
(remster) hun droom door tijdens de wereldbeker wedstrijd in
Winterberg voor de tweede maal de BOIC norm te halen (ze eindigden
daar als 6 e land). Op 26 januari 2010 maakte het BOIC
bekend dat beide vrouwen officieel geselecteerd werden om aan
de Olympische spelen in Vancouver deel te nemen. De winterspelen
gingen door van 12 tot 28 februari 2010 en daar behaalden
Elfje Willemsen en Eva Willemarck een mooie 14 e plaats.
De auteurs
Joris WALRAEVENS: wetenschappelijk medewerker, Afdeling Biomechanica
en Grafisch Ontwerpen, Departement Werktuigkunde,
K.U.Leuven.
Liesbet GOOSSENS: wetenschappelijk medewerker, Afdeling Biomechanica
en Grafisch Ontwerpen, Departement Werktuigkunde K.U.Leuven
Hans WAMBACQ: doctoraatsbursaal, Departement Werktuigkunde,
Afdeling Productietechnieken, Machinebouw en Automatisering,
K.U.Leuven.
Pieter SPAEGEN: docent, Departement Industriële en Biowetenschappen,
K.H. Kempen.
■
JG 79 · 2/2010 Het Ingenieursblad | 5
Operatie Lake Placid
Figuur 3: Totale
versnelling die op
de bobslee inwerkt
tijdens een afdaling
van de bobsleebaan
in Winterberg.