Zijwaarts vooruit

Van kracht naar snelheid
De omzetting van kracht naar snelheid is bij lopen en fietsen eenvoudiger uit te leggen dan bij schaatsen, waar immers een zijwaarts opgebouwde kracht moet worden omgezet in een voorwaartse snelheid.
Voor een goed begrip van de schaatstechniek  is het van belang om enig idee te hebben hoe die omzetting in z’n werk gaat. Het maakt bijvoorbeeld duidelijk waarom er tijdens elke inzet een draaiïng plaats vindt in het heupgewricht met een verplaatsing van de romp als gevolg. 

Voor het rechte eind en voor de bocht is de omzetting van kracht in snelheid in principe hetzelfde. Wel is er een verschil in wat we noemen de ‘voorwaartse’ richting.

Gedurende de schaatsslag bouwt een schaatser een kracht op door het uitvoeren van een beweging op de schaats. Hij ervaart die kracht als druk in het afzetbeen tegen de afzetschaats. De schaats geeft deze druk door aan het ijs, dat, zolang de schaatser niet door het ijs zakt en de schaats in het ijs ‘snijdt’, deze druk weer teruggeeft aan de schaats als een reactiekracht volgens het derde principe van Newton, actie = – reactie.  

Figuur 1. Kracht van been op ijs (Fspier op ijs ) en
kracht van ijs op schaats (Fijs op schaats ) 

Op de schaats werkt dus een (reactie-)kracht 1) . Van die kracht zet alleen de component die haaks staat op de schaats, de zogenaamde normaalcomponent van de kracht, de schaatser in beweging. Elke andere component doet dat niet vanwege de te geringe wrijvingsweerstand in die richting.
Als we de omzetting van kracht in snelheid dus willen onderzoeken, dan kunnen we ons dus beperken tot de normaalcomponent FN van de (projectie van de reactie-)kracht Fspier op ijs Deze component noemen we voor het gemak de afzetkracht (zie figuur 2.).
Figuur 2. Schematische voorstelling van de afzetkracht.

De massa van de schaatser is geconcentreerd in het lichaamszwaartepunt dat via het been verbonden is met de schaats. Omdat het been opgevat kan worden als een ‘doorgeefluik’ van de kracht van het ijs op de schaats, werkt dezelfde reactiekracht FN ook op het lichaamszwaartepunt.

Figuur 3. Werking afzetkracht op lichaamszwaartepunt

De drukveer in figuur 3. staat symbool voor de strekbeweging van het afzetbeen.

Rechte eind
Op het rechte eind is de voorwaartse richting de richting van de schaatsbaan. De afzetschaats staat op het rechte eind onder een hoek ten opzichte van de voorwaartse richting (zie de paragraaf Schaatsbeweging.)
De reactiekracht FN  ontbinden we in een component in de voorwaartse richting van de schaatser,  de voorwaartse component Fx , en een component haaks op de voorwaartse richting, de zijwaartse component Fy   (zie figuur 4.)

Figuur 4. Schematische werking van de afzetkracht op het rechte eind.

De voorwaartse component Fx compenseert de lucht- en wrijvingsweerstand die de schaatser ondervindt van het schaatsen. De zijwaartse component Fy  duwt het lichaam naar de andere kant van de baan. 
Aan het eind van de afzet vangt de schaatser de duw naar de andere kant van de baan op met de inzet van de andere schaats in een richting, die het spiegelbeeld is van de vorige afzetrichting en herhaalt zich het spel van actie en reactie.

Bocht
Als een schaatser een bocht wil lopen, dan heeft hij een kracht nodig om de weerstand van het ijs en de lucht te compenseren én een kracht om de snelheid van richting te laten veranderen (centripetale kracht).
De richting van de kracht die nodig is om de snelheid te onderhouden of eventueel te vermeerderen is de richting waarin de schaatser vooruit wil (voorwaartse richting), dat is de richting waarmee je niet binnen de blokjes terecht wilt komen maar ook niet méér uitwijkt dan strikt noodzakelijk is, met andere woorden de richting waarmee je de bocht ‘aansnijdt’ (zie rode pijl in figuur 5.). De richting van de centripetale kracht is van de schaatser naar het middelpunt van de bocht toe, dus loodrecht op de voorwaartse richting.

We ontbinden de reactiekracht FN  in een component FX  in de voorwaartse richting en een component FY loodrecht op de voorwaartse richting (zie figuur 5.).

).

Figuur 5. Schematische werking van de afzetkracht in de bocht.

De voorwaartse component Fx  compenseert de lucht- en ijsweerstand.
De zijwaartse component F, die gericht is naar het middelpunt van de bocht, duwt het lichaam tegen de centrifugale kracht in de bocht in. Aan het eind van de afzet vangt de schaatser deze duw op met de inzet van de andere schaats in de voorwaartse richting.

Aan deze korte verklaring over de omzetting van een zijwaarts opgebouwde kracht in een voorwaartse snelheid zijn twee belangrijke conclusies te verbinden.

Afwijkende richting afzetschaats
Zou de schaatser op het rechte eind de afzetschaats in de voorwaartse richting hebben geplaatst, dan was er in de ontbinding van de afzetkracht Fgeen ‘ruimte’ voor een voorwaartse component  en zou de schaatser wel naar de andere kant worden geduwd maar niet in staat zijn de ijs- en luchtweerstand te compenseren. Daarom wijkt de baan van de schaats altijd af van de voorwaartse richting.

Zijwaartse afzet
De kracht Fspier op ijs  die een schaatser gedurende een schaatsslag opbouwt wordt maximaal ingezet voor de voorwaartse beweging als de afzetkracht Floodrecht zou staan op de schaats. Immers, een kracht die niet haaks staat op de schaats heeft een kleinere normaalcomponent dan een kracht die haaks staat op de schaats.

In de praktijk is de richting waarin de kracht wordt opgebouwd gedurende de schaatsslag niet constant en afhankelijk van de stand van het bekken en de ligging van het zwaartepunt ten opzichte van het steunpunt. Aan het begin van de afzet, tijdens de kanteling vóór de strekking van het afzetbeen, zal het bekken haaks staan op de afzetschaats en daarna haaks op de voorwaartse richting. De richting waarin de kracht wordt opgebouwd zal dus enigszins schuin voorwaarts zijn.

Als de kracht schuin voorwaarts wordt opgebouwd, dan heeft Fspier op ijs een component evenwijdig aan de schaats die voorwaarts is gericht (zie linker figuur 6.). Deze langs-component roept een reactiekracht op tegengesteld (!) aan de richting van de schaats, die vanwege de geringe weerstand van het ijs (gelukkig) verwaarloosbaar is.

Als de kracht schuin achterwaarts wordt opgebouwd, dan heeft Fspier op ijs een component evenwijdig aan de schaats die achterwaarts gericht is (zie rechter figuur 6.). Deze langs-component roept een reactiekracht op in de voorwaartse richting van de schaats, die eveneens vanwege de geringe weerstand van het ijs verwaarloosbaar is.

Figuur 6. Een schuin voorwaartse- (links) en een schuin achterwaartse afzet (rechts).

De richting schuin voorwaarts kan zoveel mogelijk worden teruggebracht naar haaks op de afzetschaats door de afzetschaats aan het einde van de afzet ‘terug te sturen’ (ook bekend als het ‘indraaien’ van de schaats).
Bij een goede techniek zal de richting van de afzet in geen geval schuin achterwaarts zijn.

Naar paragraaf Overkomen.

 1) Omdat de beweging van de schaats gebonden is aan het vlak van het ijs, is alleen de projectie van elke kracht in het vlak van het ijs van belang.