Dit is een bewerking van een artikel van de Cambridge cycle campaign, oorspronkelijk geschreven door Chris Juden, de “CTC Technical Officer” (in 2003). Ik heb het artikel herschreven om het aan te passen aan de Nederlandse situatie, de voorbeelden metrisch gemaakt, en voorbeelden voor ligfietsen toegevoegd.

Waarom fietsers niet remmen

Als fietser leer je al snel dat herhaald stoppen en weer optrekken veel vermoeiender is dan doorrijden op een constante snelheid. Gelukkig is deze kennis op veel plaatsen in de infrastructuur toegepast, maar het is nuttig om te herhalen waarom dit zo is, en hoe groot het verschil is. Het verschil laat ik zien in de afstand die je ook had kunnen fietsen met de energie die je weggooide door te remmen.

Lopen en fietsen

Iedereen wil graag blijven bewegen, maar fietsers hebben een goede reden om hun snelheid vast te houden. Fietsen met een constante snelheid vraagt ongeveer evenveel energie als lopen met een kwart van die snelheid. Fietsen met 20 km per uur is even vermoeiend als lopen met 5 km per uur. Dit zijn ook heel normale snelheden voor rustig lopen en rustig fietsen. Voor deze beide activiteiten moet je lichaam ongeveer 75 Watt aan vermogen leveren. Mensen fietsen met ongeveer evenveel gemak 8 km als dat zij 2 km lopen. Elk zou ongeveen 20 tot 30 minuten moeten kosten, en kost ongeveer 100 kJ.

Elke keer dat een voetganger of fietser moet stoppen, verliest hij zijn bewegings- of kinetische energie. Om weer op snelheid te komen, moet die energie weer opgebouwd worden. De kinetische energie is gelijk aan de massa maal de snelheid in het kwadraat:

Ekin = m v2

Om de constante snelheid op een fiets te halen – vier maal zo hoog als voor wandelen – kost je zestien maal zoveel enegie als voor een wandelaar. Immers: 42 = 16. Tel daar nog de massa van de fiets zelf bij (zeg een kwart van de massa van de fietser), en je komt op een factor 20 verschil die de fietser extra moet leveren om weer op snelheid te komen, in vergelijking met een wandelaar. Omdat die snelheid zelf ook nog eens vier maal die van een wandelaar is, had de energie van het optrekken, de fietser een factor 80 verder gebracht in vergelijking met een wandelaar, als beiden niet hadden hoeven stoppen.

Elke stop “kost” 100 meter

Het is interessant om te bekijken hoe ver een fietser had kunnen komen met een bepaalde snelheid en verstookte hoeveelheid energie, en dat te vergelijken met de energie die nodig is om die snelheid te bereiken. Voor een normale fiets snelheid van 18–20 km/uur, op een normale rechtop fiets kan je uitrekenen dat elke stop even veel energie kost als 100 meter fietsen. Een voetganger kan stoppen en weer gaan lopen met de energie die het maken van een paar stappen kost. Voor fietsers is een stop dus veel kostbaarder. Dit verklaart waarom fietsers helemaal niet genegen zijn te stoppen, of zelfs een route kiezen die langer is, als ze maar door kunnen rijden.

De berekening dat een stop 100 meter kost is afhankelijk van de snelheid. Als je harder fietst, dan worden de kosten van een stop steeds hoger. Bij een fietser op een racefiets – 35 km/uur, met een vermogen van 200 W – kost een stop 200 m. Maar een langzame fietser, loopt waarschijnlijk ook langzamer. De factor 80 die hierboven genoemd werd blijft daarom geldig.

Met een ligfiets of een velomobiel is het vermogen dat nodig is voor het vasthouden van een hoge snelheid een stuk lager dan op een racefiets. Een gevolg is dat op een ligfiets een stop nog veel kostbaarder is. Bij een velomobilist die met 45 km/uur rijdt, kost en stop ongeveer 500 m. Overigens is dit in een velomobiel een snelheid die ongeveer 200 W vraagt, hetzelfde dus als een racefiets voor 35 km/uur. De factor 80 ten opzichten van lopen wordt in dit geval wel flink groter.

Natuurlijk is er op de weg een ander voorwerp te vinden waar optrekken zeer veel kost: de auto. Door de veel hogere snelheid en massa van een auto vergeleken met een fiets, kost het opbouwen van snelheid zeer veel meer energie dan het op snelheid houden van de auto. Maar waar een fietser het verschil meteen voeg in de benen, merkt een automobilist dit pas aan de pomp. En in plaats van de rijstijl, krijgt de belastingdienst vervolgens de schuld.

Een fietser die in een verkeersopstopping belandt, ziet dit verschil al heel snel. Waar automobilisten meteen elk gaatje dichtrijden – dus vaak optrekken en remmen – zal een fietser zo lang mogelijk proberen uit te rollen. Als automobilisten hun rijstijl zouden aanpassen aan die van fietsers, beginnen we iets te geloven van de hoge prijs van brandstof.

Meer kracht, meer tijd en evenwicht

De aanname die hierboven gebruikt is om gefietste afstand te koppelen aan het verlies bij remmen, is geldig onder de aanname dat je hard remt, en hard optrekt. Als je de fiets laat uitrollen, en rustig weer optrekt, dan spreidt je de pijn over een grotere afstand. Je ruilt dan echter een verlies aan energie voor een verlies aan tijd. In de praktijk zullen fietsers hier een balans kiezen: ben je laat, dan rij je aggressiever – maar verstook je ook meer energie. Ben je moe, dan doe je het rustig aan. Hoe je het ook doet, de verhouding met de afstand blijft hetzelfde, en is ook een handige maat voor de extra tijd die een onderbreking op kan leveren.

Welk voertuig is in beweging gemakkelijker onder controle te houden dan wanneer het stil staat? Het antwoordt mag duidelijk zijn: dat is een fiets. Als je met een fiets stil staat, val je om, en hoe harder je vooruit gaat, hoe stabieler de fiets wordt. Voor veel fietsers is de overgang van stilstand naar rijden een hindernis: bij het optrekken zijn zij instabiel. Dit geldt vooral voor oudere fietsers. Hoe minder vaak zij moeten stoppen, hoe aantrekkelijker de fiets is voor lokaal vervoer.

Sommige wegbeheerders zijn wellicht geneigd alleen racers te beschuldigen van niet willen stoppen. Fietsers waar zij werkelijk om geven – langzame beginners en ouderen – hebben geen bezwaar tegen herhaald stoppen. Niets is minder waar: elke stop is er één teveel, en dit is onafhankelijk van de fietser. Sterker nog: de fietsers die de grootste moeite heeft met balanceren – ouderen en kinderen – zullen ook het sterkste argument hebben om niet te stoppen. Vooral kinderen hebben de neiging stop-tekens te negeren.

Fietsers dwingen zal niet werken: zij gaan hun eigen gang. Voor elke fietser is stoppen een verspilling van opgebouwde bewegings energie. Dit is het geval voor alle fietsers, ongeacht leeftijd of geprefereerde snelheid. Nu is het laten stoppen van auto’s ook kostbaar, maar daar willen we pas rekening mee gaan houden als automobilisten hun rijstijl daadwerkelijk aanpassen, en tegen die tijd zullen velen al voor de fiets gekozen hebben.

De bovenste verdieping

Je kan het hier beschreven probleem ook van een andere kant benaderen. De bewegingsenergie kan je ook vergelijken met een vergelijkbare hoogte: hoeveel energie kost het om jezelf en je fiets naar een bepaalde hoogte te tillen? De bewegings of kinetische energie Ekin is herboven al gegeven. Deze moeten we gelijk stellen aan de hoogte of potentiële energie Epot.

Epot = m g h

met m de massa van fiets en bereider, g de zwaartekrachtversnelling en h de hoogte. Als we Ekin gelijk stellen aan Epot kunnen we hoogte en snelheid aan elkaar koppelen. We vinden dan:

h = v2/(2g)

Snelheden en equivalente hoogte
Snelheid (km/uur) Snelheid (m/s) Hoogte (m) Opmerking
12 3,33 0,55 Nog niet op de tafel, scholierensnelheid (randstad)
15 4,17 0,9 Op een eettafel. Fietssnelheid volgens Fietsersbond
18 5 1,25 Gemiddelde in Fietsrouteplanner, uitgangssnelheid bij CO2 besparingsberekeningen
22 6,11 1,9 Praktische forensensnelheid, scholierensnelheid (landelijk gebied)
25 6,94 2,4 Maximum snelheid elektrische ondersteuning, officiëel maximum snorfietsen.
30 8,33 3,5 Op de eerste verdieping, meeste racefiets trainingsgroepjes
38 10,6 5.6 Tweede verdieping, snorfietsen worden beboet op rollenbank
45 12,5 7,8 Derde verdieping, maximum bromfietsen
50 13,9 9,6 Maximum auto’s binnen bebouwde kom
60 16,7 13,9 Vijfde verdieping, maximum op wegen gedeeld met fietsers en auto’s
80 22,2 24,7 Dak flatgebouw met 8 woonlagen

Er zijn een paar dingen die we uit deze tabel kunnen leren.

Elektrische fietsen

Er is één categorie waarbij het bovenstaande wel geldig is, maar niet ten koste gaat van de fietser zelf. De benodigde energie voor het optrekken komt bij fietsen met elektrische trapondersteuning uit een accu. Dit stelt fietsers in staat om langere afstanden te fietsen, of oudere fieters in staat om te blijven fietsen.

Zijn er dan geen nadelen aan de elektrische fiets verbonden? Ja, volgens ons zijn er twee nadelen verbonden aan de fiets met elektrsche trapondersteuning. Hoewel de elektrische fiets een belangrijke bijdrage kan leveren aan de (persoonlijke) reductie van CO2 uitstoot, is daarmee op millieu-gebied nog niet alles gezegd. De Li-ion accu in de fiets gaat ongeveer 3 jaar mee – iedere laptop gebruiker kan je dit vertellen. Vervanging is duur en millieubelastend. In het Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde (NTvN) van november 2009 is een artikel van de hand van Reinout Boers verschenen. De auteur en de redactie van het NTvN hebben toestemming gegeven om dit verhaal hier te reproduceren. In dit artikel rekent voor hoeveel minder CO2 een fiets met elektrische trapondersteuning uitstoot in vergelijking met een compacte auto. Ook rekent hij de kilometerprijs voor beide voertuigen uit.

Het tweede nadeel is een gevolg van het voordeel. Omdat de fietser zelf minder inspanning levert, helpt een fiets met trapondersteuning lang niet zo goed tegen overgewicht als een puur ‘human powered vehicle’.

Omdat elektrische fietsen het gewoner maken om een wat grotere afstand te fietsen, lijkt het gebruik van de elektrische fiets een aanwinst voor de intercityfietser. Het mes snijdt echter aan twee kanten. Omdat de hinder van stoppen en optrekken anders ligt bij een elektrische fiets, moeten we wel uitkijken dat de langere routes niet voorzien worden van een overdaad aan obstakels en vreemde voorrangsregels.