Val je harder als je zwaarder bent? Dit zegt de fysica

Iedere fietser heeft die vraag weleens gehad, meestal op het moment dat het al te laat is. Je ligt op het asfalt, je kijkt naar je knie en je denkt: had ik dit met vijf kilo minder ook gehad? Het antwoord is deels ja, deels nee, en het is bijna nooit ja om de reden die je verwacht. Dit is puur natuurkunde, geen advies over de weegschaal.

>>> Wil je op de hoogte blijven van het belangrijkste fietsnieuws? Schrijf je dan hier in voor onze wekelijkse nieuwsbrief met maandagochtend om 09.00 de top 5 artikelen.

Vallen doe je even snel, hoe zwaar je ook bent

Begin bij het bekendste misverstand. Zwaarder valt niet sneller. Zwaartekracht trekt harder aan een grotere massa, maar diezelfde massa is ook trager, en die twee effecten heffen elkaar precies op. Zonder luchtweerstand vallen alle voorwerpen met dezelfde versnelling naar de aarde, onafhankelijk van hun massa zoals dit wonderbaarlijke experiment laat zien.

Voor een val van de fiets is die luchtweerstand verwaarloosbaar. Je hoofd zit ruwweg anderhalve meter boven het wegdek, en dat betekent dat het met ongeveer 5,4 meter per seconde inslaat, oftewel een kleine 20 kilometer per uur. Voor een renner van 55 kilo net zo hard als voor een toerfietser van 95. De klok is voor iedereen gelijk.

De energie die je meeneemt schaalt wel met je massa

Wat niet gelijk is, is de energie. Bewegingsenergie is de helft van je massa maal je snelheid in het kwadraat, en die massa zit er lineair in. Neem rijder plus fiets bij 40 kilometer per uur. Bij 70 kilo totaal gaat het om ongeveer 4.300 joule, bij 90 kilo om ongeveer 5.550 joule. Dat is 29 procent meer energie die bij een crash ergens naartoe moet.

Dat is niet niks, en het is precies de reden waarom de vraag terecht is. Bij botsingen met fietsers blijkt de bewegingsenergie in het spel een van de bepalende factoren voor de ernst van het letsel, samen met leeftijd en helmgebruik.

Snelheid weegt zwaarder dan massa

Alleen: in dezelfde formule staat snelheid gekwadrateerd. Verdubbel je massa en de energie verdubbelt. Verdubbel je snelheid en de energie wordt vier keer zo groot. Daarom draait vrijwel al het verkeersveiligheidsbeleid om snelheid en niet om gewicht: de energie in een botsing neemt vooral toe door snelheid, niet door massa.

Reken het door met dezelfde twee fietsers. Die 90 kilo bij 40 kilometer per uur komt uit op ongeveer 5.550 joule. Die 70 kilo bij 50 kilometer per uur komt uit op ongeveer 6.750 joule. De lichtere fietser die tien kilometer per uur harder gaat, neemt dus meer energie mee de bocht in dan de zwaardere die zich inhoudt. Twintig kilo verschil wordt weggevaagd door tien kilometer per uur. Wie die energie wil beheersen, heeft dus meer aan bochtentechniek dan aan kilo's.

Kracht is energie gedeeld door remweg

Energie alleen sloopt je nog niet. Wat je lichaam voelt is kracht, en die kracht is ruwweg de energie gedeeld door de afstand waarover je tot stilstand komt. Vandaar het schuim in je helm, de zeem in je broek en het feit dat een berm vriendelijker is dan een stoeprand: alles wat je stopafstand verlengt, verlaagt de piekkracht. Twee keer zoveel vervormingsruimte betekent ongeveer de helft van de kracht.

Dezelfde wrijvingslogica bepaalt trouwens of je überhaupt gaat vallen. Je grip in een bocht komt uit het contactvlak tussen rubber en asfalt, en dat vlak hangt af van je bandenspanning en van de breedte van je banden. Dat zijn de twee variabelen die je voor de val kunt bijstellen.

En dan is er nog het glijden zelf. Wrijving schaalt óók met je massa: de remmende kracht van asfalt op lijf en kleding is de wrijvingscoëfficiënt maal je gewicht. Je massa valt daardoor uit de vergelijking en je glijdt in theorie even ver uit, licht of zwaar. Wat er niet uit valt, is de totale hoeveelheid energie die in die glijpartij in warmte en schade wordt omgezet. Hoe die energie zich precies over huid, kleding en contactoppervlak verdeelt, verschilt per val, en harde cijfers daarover heb ik niet gevonden. Zie dit dus als de logica van de formule, niet als een gemeten uitkomst.

Op de afdaling loopt het verschil op

Hier komt het effect dat de zaak echt scheeftrekt, en het gaat niet over de val zelf maar over de snelheid ervoor. Bergafwaarts schaalt de zwaartekracht met je massa, dus met volume, terwijl de luchtweerstand schaalt met je frontale oppervlak. Massa groeit sneller dan oppervlak, en daarom rolt de zwaardere fietser harder naar beneden.

Dat betekent dat een zwaardere fietser statistisch gezien bij een hogere snelheid in de bocht komt, en die snelheid zit gekwadrateerd in de energie. Niet je massa maakt de val erger, maar de snelheid die je massa je bergafwaarts cadeau doet. Belangrijke nuance: frontaal oppervlak hangt sterk af van je positie op de fiets, dus dit is een tendens en geen wet. Een lichte renner die zich klein maakt, haalt een zware fietser op de hoods zonder problemen in. En omdat de snelheid gekwadrateerd meetelt, is veilig afdalen de plek waar je de meeste joules kunt weghalen.

Je helm weet niet hoe zwaar je bent

Nog een detail dat weinig fietsers kennen. De Europese helmnorm EN 1078 test met een hoofdvormig testmodel dat van ongeveer anderhalve meter op een aambeeld valt, met een inslagsnelheid rond 5,5 meter per seconde. Precies de val van je hoofd van de fiets. Er wordt getest met verschillende maten testhoofden, maar die maten horen bij hoofdomvang, niet bij je lichaamsgewicht.

De norm kijkt dus naar de energie van je hoofd, niet naar de energie van je hele lichaam. Dat is logischer dan het klinkt, want je hoofd wordt niet zwaarder omdat de rest van je dat is. Of helmen daardoor systematisch anders presteren voor zwaardere fietsers, kan ik op basis van openbare testdata niet zeggen.

Wat betekent dit voor jou?

De formule bevat drie dingen. Je massa zit er één keer in, je snelheid twee keer, en je stopafstand deelt de rest weg. Dat betekent in de praktijk:

• Snelheid is de knop met de grootste hefboom, zeker in bochten en op afdalingen.
• Alles wat je stopafstand rekt, van helmschuim tot handschoenen tot een berm in plaats van een vangrail, verlaagt de piekkracht meer dan een paar kilo doet.
• Ben je zwaarder, dan is het effect dat je merkt vooral je hogere afdaalsnelheid, niet je gewicht zelf.

De enige twee variabelen waar je echt aan kunt draaien zijn dus snelheid en techniek, en die eerste volgt uit de tweede. Daarover gaat ons overzicht van vaardigheden op de racefiets.

En het antwoord op de kop: je valt niet sneller als je zwaarder bent, je neemt wel meer energie mee, en dat verschil is klein vergeleken met wat tien kilometer per uur doet.