Wind, zijwind en fietssnelheid

Op internet vind je allerlei artikelen over het theoretische effect van wind op fietssnelheid (plus artikelen over windtunneltests, vaak betaald door bedrijven die aerodynamische fietsshirts verkopen). Maar wat merk je van de wind als je gewoon een rondje fietst? En wat is het effect van zijwind?

Ik heb een verkennende analyse gemaakt van ongeveer 125 fietsritten rond de Ronde Hoep, een polder ten zuiden van Amsterdam. Hieronder zie je de route.

In de bijlagen ga ik nader in op de route en de Ronde Hoep. Voor nu is relevant dat de route een aantal kenmerken heeft die van pas komen bij de analyse: het begin- en eindpunt liggen bij elkaar in de buurt; er ligt overal asfalt (al varieert de kwaliteit) en er zijn geen verkeerslichten of drukke kruisingen. Maar de route heeft ook kenmerken die juist voor ruis in de data zorgen: sommige stukken zijn enigszins afgeschermd van de wind door bomen en boerderijen, en de route is nogal bochtig.

Ik heb historische weergegevens gebruikt van het KNMI. De gegevens zijn afkomstig van het weerstation Schiphol, ten noord-westen van de route. Als je een beetje uitzoomt op de luchtfoto hierboven, dan zie je de locatie (volgens de officiële coördinaten staat het weerstation op de Buitenveldertbaan, maar dat terzijde). Let op: het KNMI meet de wind op 10 meter hoogte. Op de Ronde Hoep op fietshoogte waait het waarschijnlijk minder hard. Dit betekent dat mijn analyse het effect van de wind onderschat.

Voor allerlei weersverschijnselen heb ik gekeken of ze samenhangen met fietssnelheid. De meest opvallende uitkomst is de rol van temperatuur. Voor elke graad temperatuurstijging gaat de relatieve fietssnelheid (uitgedrukt als percentage afwijking van de mediaan) met ongeveer 0,4 procentpunt omhoog. Dit verklaart ongeveer een kwart van de variatie van de fietssnelheid. Maar let op: alle schattingen in dit artikel zijn gebaseerd op een relatief kleine dataset met de nodige ruis, dus je moet er niet vanuit gaan dat je onder andere omstandigheden precies dezelfde waarden zal vinden.

Maar eigenlijk wilde ik natuurlijk weten wat het effect van wind is. Op stukken met tegenwind zal je langzamer fietsen als het hard waait en op stukken met wind mee juist sneller, maar wat is het effect op de gemiddelde fietssnelheid? M’n gegevens suggereren een negatieve samenhang. Voor elke m/s dat het harder waait, daalt de relatieve fietssnelheid met ongeveer 0,7 procentpunt. Maar de correlatie is niet zo sterk.

Relatieve windrichting

Ik ben niet alleen geïnteresseerd in het effect van wind op een hele rit, maar ook op het effect van wind afhankelijk van de windrichting ten opzichte van de fietsrichting (true wind angle ofwel TWA). Bij een TWA van 0° heb je tegenwind; bij 90° zijwind en bij 180° wind mee. Om het effect van tegenwind te analyseren heb ik gekeken naar segmenten met een TWA van 0°. Daarna heb ik hetzelfde gedaan voor 10°, etc., tot en met 180° (het betreft telkens de afgeronde, absolute TWA).

De grafiek laat zien dat er bij tegenwind een negatieve samenhang is tussen windkracht en fietssnelheid: hoe harder het waait, hoe langzamer je fietst. Bij wind mee is het juist andersom: hoe harder het waait, hoe sneller je fietst. Dat is allemaal weinig verassend - maar merk op dat het effect van tegenwind groter lijkt dan het effect van wind mee. De analyse suggereert verder dat zijwind een negatief effect heeft op fietssnelheid.

Bespreking

Het effect van temperatuur lijkt nogal groot. Mogelijke verklaringen zijn lagere luchtweerstand als gevolg van lagere luchtdichtheid; lagere rolweerstand door het effect van temperatuur op je banden; en wellicht dat je met warmer weer minder vaak een jek met wapperende mouwen zal dragen.

Mijn analyse onderschat waarschijnlijk het effect van wind. De belangrijkste reden is dat de wind op fietshoogte minder hard zal zijn dan wat het KNMI op Schiphol op 10 meter hoogte meet.

Voor het effect van zijwind op fietssnelheid zijn verschillende verklaringen geopperd. Zijwind kan zorgen dat een groter oppervlak van fiets en fietser blootstaan aan luchtweerstand en kan daarnaast zorgen dat je moet bijsturen. Misschien is het effect van zijwind ook verantwoordelijk voor het feit dat het effect van tegenwind groter lijkt dan het effect van wind mee: de component zijwind zou het effect van tegenwind kunnen vergroten en het effect van wind mee juist kunnen verkleinen.

Zoals gezegd, dit is allemaal gebaseerd op een vrij kleine dataset waar ook nog de nodige ruis in zit, dus ik heb geen idee in hoeverre je de uitkomsten kan generaliseren. Als je daar ook benieuwd naar bent: analyseer je eigen fietsritten en laat me weten wat eruit komt. Als je met Python werkt: ik heb een pakket gemaakt waarmee je fietsritten kan analyseren.

Hieronder vind je achtergrondinformatie: kenmerken van de route; informatie over de Ronde Hoep; uitleg over hoe ik de analyse heb gedaan; en slagen om de arm.

De route

De route om de Ronde Hoep (exclusief Ouderkerk) is iets meer dan 14 km lang. Op Strava is de route met de klok mee populairder dan tegen de klok in.

In de route zitten veel bochten, zoals de onderstaande grafiek laat zien.

De grafiek laat zien dat de weg regelmatig meer dan 90° van richting verandert. Dit geldt vooral voor bochten naar links, wat ook wel logisch is als je bedenkt dat de grafiek gebaseerd is op de route tegen de klok in.

Ter vergelijking heb ik ook een grafiek gemaakt van het rondje Naardermeer, ten zuidoosten van Amsterdam. Deze grafiek is gebaseerd op de route met de klok mee.

De grafiek laat zien dat er flink wat bochten in het rondje Naardermeer zitten, vooral op het eerste stuk langs de Keverdijk, maar bochten waar je 90° van richting verandert komen weinig voor. Er zijn enkele scherpe bochten als je Naarden nadert, en op ongeveer 11 km is er een zigzag door de tunnel onder de Loodijk aan het einde van de Melkmeent.

De Ronde Hoep

De Ronde Hoep bestaat uit veenland dat tussen 1100 en 1300 ontgonnen is. Vanuit de omliggende stromen werden sloten gegraven, die zorgden voor een spaakvormig verkavelingspatroon dat nog steeds bestaat. De polder wordt omgeven door de Bullewijk, de Waver, de Oude Waver en de Amstel (eigenlijk: Amstel-Drechtkanaal).

De Ronde Hoep is een van de grootste open ruimtes in de Randstad. Langs de ringdijk vind je boerderijen, een paar ophaalbruggen en een gemaal. Binnen de ringdijk zijn er geen wegen, en de polder is een belangrijk leefgebied voor weidevogels.

In de jaren zeventig werden plannen tegengehouden om een snelweg door de polder aan te leggen en om er een kanaal doorheen te graven. Gemeenten protesteerden ook tegen de aanleg van een hoogspanningsleiding door de polder, maar het energiebedrijf ontkende dat daar plannen voor waren.

Ik weet niet wanneer mensen de recreatieve waarde van de Ronde Hoep zijn gaan zien, maar het lijkt erop dat dit in de jaren 1930 al het geval was. Op een kaart uit 1934 (onderdeel van het Algemeen Uitbreidingsplan) staat de ringdijk aangemerkt als ‘aanwezige wandel- en fietswegen’. In datzelfde jaar schreef een krant dat de tweede molen van de polder in slopershanden viel vanwege de onderhoudskosten; van het overschot zou een woonhuis worden gemaakt. «Intusschen verdwijnt ook weer een stukje landschapschoon», voegde de krant toe.

De belangrijkste toegang tot de Ronde Hoep is door Ouderkerk aan de Amstel. Als je door Ouderkerk fietst, volg dan de omleiding, zodat je geen overlast veroorzaakt in de smalle en soms drukke Dorpstraat.

Bronnen: Trouw; ARC; ONH; Wikipedia.

Methode

Mijn analyse heeft betrekking op fietsritten over de periode 2013-2021, opgenomen met een Garmin Edge 800 fietscomputer. Normaal gesproken staat hij ingesteld op ‘smart recording’, wat betekent dat gegevens zoals locatie, tijd, snelheid en totale afstand worden opgeslagen «each time you change direction, speed or heart rate».

Garmin slaat de fietsgegevens op in zogenaamde .fit bestanden. Ik heb een Python pakket bikeride gemaakt om deze bestanden te lezen; segmenten te construeren uit elke opeenvolgende set records; weergegevens toe te voegen voor de datum en het uur waarop het segment is gereden en grootheden zoals true wind angle te berekenen.

Voor de analyse van complete ritten heb ik de segmentgegevens per rit samengevoegd. Daarbij heb ik een klein aantal segmenten buiten beschouwing gelaten, omdat ik daar waarschijnlijk gestopt ben, bijvoorbeeld om een tractor te laten passeren (segmenten waar Garmin aan het begin of aan het einde een snelheid nul heeft opgeslagen, of waar de duur langer dan 15 seconden was). Ritten met een gemiddelde snelheid van minder dan 85% van de mediane snelheid heb ik buiten beschouwing gelaten, omdat dit waarschijnlijk ritten op een stadsfiets zijn, of anderszins ritten die niet vergelijkbaar zijn.

Voor de analyse per TWA (ofwel windrichting ten opzichte van rijrichting) heb ik in principe dezelfde werkwijze gehanteerd, alleen met twee extra stappen voordat ik segmenten per rit heb samengevoegd. In de eerste plaats heb ik per rit alleen de segmenten met de betreffende TWA gebruikt. In de tweede plaats heb ik alle segmenten van minder dan 20 meter verwijderd. Hier zijn twee redenen voor. Ten eerste zullen gps-fouten bij een korte afstand een groot effect hebben op de berekende rijrichting. Ten tweede moet je er rekening mee houden dat op een bochtige weg de omstandigheden van het vorige segment zullen doorwerken tijdens het volgende segment: het duurt even voordat je snelheid zich aanpast aan de verandering in relatieve windrichting. Als gevolg hiervan zal je snelheid op korte segmenten voor een flink deel bepaald worden door de omstandigheden van het vorige segment (plus natuurlijk door het feit dat de bocht je afremt).

Door verschillende oorzaken is het moeilijk om met name het effect van wind goed vast te stellen. Zoals aangegeven zal de windsnelheid op fietsershoogte lager zijn dan wat het KNMI meet en zorgen bochten voor ruis in de gegevens. Verder zullen windsnelheid en -richting flinke schommelingen laten zien en bovendien beïnvloed worden objecten zoals bomen.

Slagen om de arm

Mijn analyse onderschat waarschijnlijk het effect van wind. Ten eerste is de windsnelheid op fietshoogte waarschijnlijk lager dan de wind die het KNMI meet op 10 meter hoogte. Ten tweede doe ik waarschijnlijk wat meer moeite met tegenwind dan met wind mee.

Mijn gegevens zullen ruis bevatten. Ten eerste als gevolg van de bochten in de weg. Ten tweede doordat huizen en bomen effect zullen hebben op de wind. Ten derde zullen windsnelheid en -richting behoorlijk variëren; deze variatie zit niet in de uurgegevens die ik gebruik.

Tenslotte zullen mijn schattingen beïnvloed zijn door de verdeling van windsnelheid, temperatuur en fietssnelheid tijdens de ritten. Andere omstandigheden zouden andere schattingen op kunnen leveren. Hetzelfde geldt voor materiaal en fietshouding.