VIDENSKAB
Hvordan påvirker vand, vind og kropsmasse egentlig farten i kajak? I denne artikel gennemgår Jonas Østergaard Juhl en computermodel, der bruges til at analysere kajakpræstationer og sammenligne resultater på tværs af forhold. Artiklen giver indblik i både muligheder og begrænsninger i modellen og henvender sig til trænere og roere, der ønsker en mere nuanceret forståelse af, hvad der påvirker tiden på vandet.
Overskriftens spørgsmål er flittigt diskuteret ude i klubberne. I denne artikel finder vi svar med en publiseret computermodel.
Forrige år var undertegnede hovedforfatter på artiklen med den lange titel: “A model of racing kayak surge motion. A numerical approach with realistic oscillating propulsion force” [1]. Artiklen blev til i samarbejde med et par gutter fra ExerciseTech fra Aalborg Universitet: Mark de Zee og vores danske kajakdoktor Kent Klitgaard. Den blev publiseret i Journal of Sports Engineering and Technology.
Forklaring på computermodellen
Kort fortalt går artiklen ud på at opsætte og dokumentere en computermodel, der kan beregne kajakfart, ud fra en given fremdriftskraft. Fremdriftskraften simulerer virkeligheden ved at have en aktiv fase, mens pagajen rører vandet, og en inaktiv fase, mens pagajen er ude af vandet.
Med en valgt fremdriftskraft er det tid til at fratrække nogle modstandskræfter. Her er gjort alle kunstens regler, idét der er taget højde for 1. overfladefriktion, 2. profilmodstand, 3. bølgemodstand og 4. luftmodstand. Desuden medregnes i. skalering af det våde overfladeareal af kajakken til roerens masse, ii. en såkaldt log-vind-profil (fordi vindstyrke varierer med højden over vandet), iii. skalering af frontalareal over og under vandet, som baseres på roerens højde og masse, og iv. tilføjet masse, som består af den smule vand, som “hænger lidt ved” kajakken når den bevæger sig gennem vandet.
Med fremdriftskraften minus modstandskraften får vi den resulterende kraft tilbage, som “flytter båden” i henhold til Newtons anden lov: kraft = masse · acceleration. På den måde beregnes kajakkens acceleration, og derudfra også dens fart og roet distance.
Figur 3 er et interessant resultat af computermodellen, der illustrerer størrelsesforholdet på de fire forskellige modstandskræfter. Modstandskræfterne følger ligningen: Modstandskraft = ½ · C · Vands densitet · Vådt areal · Fart², hvor C er en modstandskoefficient.
Figur 3: Afbildning af modstandskoefficienterne for de fire forskellige modstandskræfter relativ til farten, for to kajakroere med forskellig kropsmasse. De to dominerende modstandskræfter er overfladefriktion og bølgemodstand. Det ses at modstandskoefficienten for overfladefriktion er uafhængig af kropsvægten. Bemærk dog at overfladefriktionen alligevel er større for en tungere kajakroer, som vil have et større vådt areal. Overfladefriktionen udgør den største andel. Med tiltagende fart bliver andelen fra bølgemodstanden større, indtil 13 km/t. Det ses også at modstandskoefficienten for bølgemodstand er større for tungere roere, hvilket resulterer i en slags dobbelt effekt på bølgemodstanden, da også vådt areal er større for tungere roere.
Computermodellen er allerede blevet brugt til at nulstille vand- og vejr-forhold for at sammenligne kajakpræstationer på tværs af forskellige kajakstævner. Computermodellen vil også kunne anvendes “omvendt” ved at hive fremdriftskræfter ud af videoptagelser af kajakkens position henover tid.
Hils nu på vores fiktive test team:
Testpersonernes stats tastes ind i computermodellen og de får hver tildelt en fremdriftskraft, der får dem til at ro deres PB på henholdsvis 200 m og 1000 m i vindstille vejr på 14oC varmt ferskvand. Disse fremdriftskræfter er desuden valgt, så der opnås en realistik pacing strategi i henhold til Goreham et al. [2]. Så justerers på vindstyrke, vandtemperatur, salinitet (vandets saltindhold) og kropsvægten for at undersøge betydningen af disse faktorer på tiden. Resultaterne ses i tabel 1.
Jeg vil lige udpege et par interessante ting, der ses af tabellen: Modvind har stærkere indflydelse på tiden, end medvind har. Lette roere er ikke påvirket mere af vinden, end tunge roere er – Vinden er nemlig mere afhængig af kroppens geometri, hvor en højere og slankere person er mere påvirket.
Kan du stole på resultaterne i tabellen? Bemærk at citatet af George Box: “All models are wrong, but some are useful” også gælder her. Jeg vil vove at påstå at denne computermodel går ind under den “useful” kategori. I hvert fald har computermodellen vist sig at ramme plet på at forudsige hastighedsudviklingen for en kajak i fart uden fremdriftskraft (se figur 4).
Figur 4: Valideringseksempel på computermodellen. Prikkerne viser 20 måledata af kajakkens fart ift. tid (kilde: Charlie Prétot et al. [3]).
Kajakroeren har en startfart på 15,6 km/t, hvor roningen ophører og farten dermed aftager. Kurven viser computermodellens forudsigelse som ligger meget tæt på eksperimentet. Fra Juhl et al.[1].
Navn: Jonas Østergaard juhl Klub: Kano & Kajakklubben Limfjorden Uddannelse: Kandidat i idrætsteknologi og sidefag i matematik Mail: jonasoejuhl@gmail.com
1. Juhl J. Ø., de Zee M., Klitgaard K. A model of racing kayak surge motion a numerical approach with realistic oscillating propulsion forces. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part P: Journal of Sports Engineering and Technology. 2024;238(4):328-338.
2. J. A. Goreham, S. C. Landry, J. W. Kozey, B. Smith, M. Ladouceur. Using principal component analysis to investigate pacing strategies in elite international canoe kayak sprint races. Sports Biomechanics. 2020.
3. Prétot, C., Carmigniani, R., Hasbroucq, L., Labbé, R., Boucher, J.-P., Clanet, C. On the Physics of Kayaking Applied Sciences. 2022, 12, 8925.
Nybro Furå Kano og Kajak Klub har for nyligt investeret i et nyt værktøj kaldet Paddlemate. Det er et præstationsmålingssystem, der er specielt udviklet til padle- og rosport for objektivt at kunne måle og forbedre atleternes præstationer. Læs med og bliv klogere på, hvordan du måske også kan bruge systemet.
Jeg bliver altid begejstret, når nogen får spændende idéer eller udvikler ting og sager, som vi ikke har set før. En sådan ting er en Featherweight. Navnet må ikke forveksles med boksernes fjervægt, men ”feather” betyder skivning på engelsk – altså en skivningsvægt.
Nedtrapning i forbindelse med sportslig performance er en videnskab i sig selv. Der findes rigtig mange teorier om, hvordan det skal gøres og gribes an, og videnskaben er tvetydig på mange af områderne, og det er nok også enormt individspecifikt.
Magasinet har lokket idrætsforskeren Kent Klitgaard, der selv er kajakroer og træner, samt hans makker Mathias Kristiansen til at skrive denne artikel, der tager udgangspunkt i, hvad der er forsket i inden for sammenhængen mellem kajakroning og styrketræning. Skænk en kop kaffe. Tag dine videnskabsbriller på og fordyb dig. Det er spændende læsning, hvad enten du er træner eller aktiv.
