zaterdag 12 november 2016

bliksembezoek aan China

De bestemming van de reis, Shenzhen

Ik ben deze week drie dagen in China geweest voor het werk. Geland in Hongkong, daarna met een zeer snelle veerboot naar het vasteland van China, naar Shenzhen. Dat is een megastad die nog steeds in aanbouw is. Alleen aan de Chinese teksten zie je dat je in China bent, het zou net zo goed in Amerika kunnen zijn. Je ziet er geen armoede, allemaal moderne westerse auto's en heel veel torenhoge flats. Deels woonfabrieken, deel kantoren. Als je om je heen kijkt zie je de ene na de andere wolkenkrabber in aanbouw. Overal staan hijskranen bovenop. In één oogopslag zie je er werkelijk tientallen.

Het bedrijf waar ik te gast was, was zo te zien een keurig bedrijf. Uiterst professioneel met westerse apparatuur. Kinderarbeid lijkt me uitgesloten: een flink deel van de beroepsbevolking is nog jong en woont alleen door de weeks in de stad of zelf op het kantoor. Ik denk dat er sowieso weinig kinderen wonen in deze stad. De stad is vanaf 1980 in een kleine 30 jaar tijd gegroeid van 30.000 inwoners naar 12 miljoen. Je kunt veel van de Chinezen zeggen, maar lange-termijn plannen maken en dan ook uitvoeren, dat kunnen ze als geen ander. Iets van die daadkracht missen we in ons polderland wel. Hier doen we tientallen jaren over de aanleg van een stukje snelweg.

Eten in China is ook een belevenis. In een beetje restaurant ga je met je gezelschap in een eigen kamer zitten. Zo'n kamer heeft één of meerdere tafels, een eigen keukentje en een eigen toilet. Bijzonder is dat de tafels rond zijn en zijn voorzien van een groot draaiplateau midden op tafel. De gerechten worden in schalen op dat plateau gezet en iedereen kan zelf opscheppen. Steeds weer nieuwe gerechten worden aangevoerd totdat niemand meer eet. Het is niet de bedoeling dat je alles op eet, dan heeft de gastheer (of -vrouw) blijkbaar de weinig eten voor je gemaakt. Het opscheppen en eten met stokjes is lastig voor westerse kneuzen. Er is ook wel normaal bestek beschikbaar, maar hé, we zijn in China, we laten ons niet kennen. Het eten smaakt prima, maar vermoedelijk hebben ze ons niet het meest moeilijke eten voorgeschoteld. We zagen wel het menuboek, een enorm dik en zwaar fotoboek met de meest bijzondere gerechten. Dieren krijg je in hun geheel opgediend, dus met kop en staart. De wormen heb ik maar niet gekozen. Opvallend is dat je in het restaurant langs de aquaria loopt waarin je menu rondzwemt. Verser kan niet.

hulp bij het kiezen van het menu

De taal is natuurlijk een drama voor westerlingen. Het is echter opvallend hoeveel Chinese jongeren er zijn die heel behoorlijk Engels spreken. Hun uitspraak is soms wat wennen, maar de woordenschat is prima. Mijn Chinees gaat niet veel verder dan de getallen een tot en met zes en dank je wel (xièxie).

Qua reis was het voor mij een drama. Ik vertrok zondag rond lunchtijd van Schiphol ('s ochtends al erg vroeg wakker), je komt na 11 uur vliegen 's ochtends vroeg aan en dan moet je je door die hele lange dag worstelen. In het vliegtuig nagenoeg niet geslapen, je zit immers in je dag-ritme. Dan lange dagen praten met klanten. De dag van vertrek ben ik al ziek. Mijn zere keel van de dag ervoor is nu uitgemond in koorts. Ik worstel me weer door de dag. Rond middernacht gaat onze vlucht terug. Ditmaal duurt de vlucht 13 uur en slaap ik gelukkig als een blok (of liever gezegd, heel veel korte blokjes). 's Ochtends heel vroeg komen we in Amsterdam aan, nog steeds niet lekker in orde. Op weg naar huis parkeer ik na een halfuurtje even bij een tankstation om een halfuurtje te slapen. Daarna kom ik veilig thuis en kruip meteen weer mijn bed in. Weer slaap ik urenlang tot halverwege de middag. Ook de dag erna (vrijdag) ben ik nog ziek. Hakt erin, zo'n reisje! Vandaag (zaterdag) is de koorts weg en ben ik duidelijk aan de beterende hand.

Wat is nu de link met ligfietsen? Tja, eigenlijk geen. Ik wilde mijn eigen blog bekijken om te zien of er reacties waren op mijn laatste bericht. Helaas, blogspot komt niet door de Chinese great firewall. Ook google "doet" het niet, dus ook geen gmail en maps. Bing van Microsoft overigens wel, maar die gebruik ik eigenlijk nooit. Whatsapp werkt sinds enige tijd wel in China, daar zitten ook aardig wat gebruikers op, maar het Chinese WeChat is groter. Veel sites geven in eerste instantie geen response, soms komt dat een paar minuten later toch nog. Misschien zit er een Chinees mee te kijken en denk, ach, die buitenlander, kan geen kwaad?

Shenzhen is geen stad om per ligfiets te doen. Je ziet er sowieso weinig fietsers. Het verkeer is de hele dag door druk, er zijn geen fietspaden en automobilisten doen continu een wedstrijdje om van baan de wisselen in een file of om in- of uit te voegen. Diegene die het laatst knippert met zijn ogen wint. Hier geldt het recht van de sterkste. Voetgangers staan onderaan de ladder, als velonaut zul je niet veel hoger staan, je gaat het hier op de weg niet redden. Nog afgezien van de gezondheidsrisico's met de luchtvervuiling. De smogdeken is goed te zien.
Wat wel zou kunnen is om hier productie te doen van de velomobielen. Ze draaien er hun hand niet voor om en kunnen absoluut goede kwaliteit produceren, als je maar de juiste partner weet te vinden. Maar dan moet je wel denken aan tientallen velomobielen per week, niet tientallen per jaar. Een Chinese velomobiel zou nog niet de helft kosten van wat we nu betalen, ondanks de hoge transportkosten. China gaat voor de grote sprong voorwaarts, met kleine stapjes, maar wel heel veel kleine stapjes tegelijkertijd.

Ik hoop er nog eens terug te komen!

dinsdag 1 november 2016

Rekenen aan een uitrolproef

In een vorige bericht ontstond wat discussie over bij welke snelheid de luchtweerstand groter wordt dan de rolweerstand plus aandrijvingsverliezen.
Hoewel niet mijn vakgebied, wil ik toch een poging wagen er wat wetenschappelijker naar te kijken en er een meting aan te doen.

Als we met een constante snelheid te fietsen, zijn er netto geen krachten in het spel volgens de eerste wet van Newton. De aandrijfkracht (F) is dan gelijk aan de krachten die we aan de verlieskant kennen: aandrijfverliezen (Fa), rolweerstand (Frol) en luchtweerstand (Flucht).

F = Fa + Frol + Flucht

De aandrijfverliezen en de rolweerstand zijn constante krachten, luchtweerstand is evenredig met de snelheid in het kwadraat.
In formulevorm:

Frol = c1
Flucht = c2 * v2

Dit zijn erg versimpelde vergelijkingen. In de constante c1 zitten onder andere de rol-eigenschappen van de band, de druk in de band en het gewicht dat drukt op de band. In de constante c2 zitten onder andere luchtdichtheid en frontaal oppervlak.

Om een en ander goed te kunnen meten, moet je het geleverde vermogen kunnen meten. Dat kan met een powermeter in je fiets. Een goede maar peperdure oplossing is een SRM meter. Een budgetoplossing (minder dan 100 euro) is er gewoonweg niet. Ga ik nog wel maken, maar daarover een andere keer. Wat wel een stuk eenvoudiger kan, is een uitrolproef. We meten dan weliswaar niet de aandrijfverliezen, maar rolweerstand en luchtweerstand zijn in theorie wel af te leiden.

Stel we rijden 50 km/u en laten ons uitrollen op een vlakke weg, met windstil weer.
De krachten die op de totale massa m (fiets + berijder) werken zijn Frol + Flucht. We ondervinden dan een versnelling a volgens de tweede wet van Newton: F = m * a. De versnelling zal een vertraging zijn, maar dat is rekenkundig slechts een minteken. Tijdens het uitrollen kunnen we tijd en afstand (of snelheid) precies bijhouden. Versnelling is hoeveel de snelheid per seconde verandert. We kunnen nu voor een willekeurig moment tijdens het uitrollen de versnelling a bepalen. Massa m is constant, dus we weten de totale kracht F. Nu nog uitzoeken hoe het te verdelen over Frol en Flucht. Omdat we ook snelheid v weten, houden we alleen de twee constanten over. We moeten dus twee meetwaarden gebruiken en vinden dan beide constanten. Door meerdere meetwaarden te gebruiken, kunnen we wat meetruis wegmiddelen en kunnen we een grafiek maken van Frol en Flucht uitgezet tegen de snelheid. Het enige wat een goede meting in de weg staat is een nauwkeurige registratie van tijd en afgelegde weg. Een handige optie is om de pulsen te meten van de magneetsensor van de fietscomputer. Die zit standaard in praktisch alle velomobielen. We moeten dan wel precies de wielomtrek weten, maar dat is niet zo moeilijk te achterhalen. De magneetsensor is normaal gesproken een maakcontact als het spaakmagneetje bij de sensor komt. Dat kunnen we met een klein computertje eenvoudig meten. De omtrek is ca 1.5 meter. Stel we rijden 15 m/s (54 km/u), dan zijn dat 10 omwentelingen per seconde. Stel het uitrollen duurt 1000 meter, dan zijn dat 667 meetwaarden. Alleszins te behappen voor een simpele microcontroller met enkele kB aan geheugen. Tijd kunnen we heel nauwkeurig meten, de nauwkeurigheid hangt vooral af van de wielomtrek.

Maar dat bewaar ik tot een volgende keer, kost me nu iets te veel knutseltijd. Ik heb even geëxperimenteerd met het inspreken op mijn telefoon van de snelheid. Ik dacht, dan zoek ik later de tijd wel op door de opname af te spelen. Werkt niet door de enorme ruis (ik reed met kap). Pas later bedacht ik dat ik veel beter een filmpje kon maken van de snelheidsmeter. Tijd en snelheid zijn dan veel nauwkeuriger vast te leggen.

Zo gezegd, zo gedaan. Ik heb een redelijk rechte weg gevonden, dicht bij huis en op het oog ook vlak. Er stond bijna geen wind en wat er was kwam van opzij. Ik heb geprobeerd om heen en terug te rijden over dezelfde weg, maar ik moet dan het fietspad aan de andere kant van de weg nemen. Dat lag vol bladeren, eikels etc. Een andere meting mislukt omdat ik blijkbaar niet op de goede knop gedrukt had (foto ipv video...). Na een paar sprintjes begon mijn hamstring wat te protesteren zodat ik het uiteindelijk bij één redelijke meting heb gehouden. Beginsnelheid 54 km/u, DF met minivizier en Durano banden op maximale toegestane druk. Totaal gewicht ca 93 (ik) + 25 (DF) + 5 (bagage) = 123 kg. Temperatuur ca 15 graden.
Ik heb het filmpje seconde voor seconde bekeken en de snelheid genoteerd, ca 180 seconden. Dat is nog best een klus kan ik je zeggen! De gegevens zijn in Excel ingeklopt en dan komt er een grafiek uit waar wat kleine hobbels in zitten. De meest onlogische hobbels handmatig wat weggeinterpoleerd. Soms zie in je een seconde video twee tellerstanden, de een is logischer dan de ander. Hier is het gefilterde resultaat.



Aan de hand van deze grafiek is de versnelling op te maken. Die heb ik geprobeerd te bepalen door op tijdstip t te kijken wat de snelheid is op t-5 en t+5. De versnelling is dan het verschil in snelheid gedeeld door 10 seconden. De grafiek hiervan is een drama:

versnelling als functie van de snelheid

Ik heb de snelheidsgrafiek uitgeprint en ben met een liniaal raaklijnen gaan tekenen. De richtingscoëfficiënt is de versnelling. Wiskunde is voor mij wel de nodige jaren geleden, maar ik hoop dat ik dit kunstje toch redelijk goed heb gedaan. Voor 7 punten op de snelheidsgrafiek heb ik de raaklijnen zo goed mogelijk gegokt en dan krijg je de volgende figuur:

versnelling als functie van de snelheid
Met een beetje fantasie tonen beide grafieken hetzelfde plaatje.

Het probleem is echter dat de grafiek niet voldoet aan de verwachting. Ik had beredeneerd dat
F = m * a = c1  + c2 * v2
Dus a is een tweedegraads functie van v. Maar tweedegraads functies zijn parabolen. Ik heb toch de nodige moeite om in deze grafiek een parabool te herkennen. Wat dat betreft levert deze hele exercitie niet op wat ik gehoopt had.
Maar we kunnen nog wel wat andere interessante gegevens produceren. Het vermogen P = F * v = m * a * v.
We hebben a berekend, m en v zijn ook bekend, dus heb ik het vermogen als functie van de snelheid uitgerekend en in de grafiek gezet.


Opvallend is dat de grafiek lijkt te bestaan uit twee rechte stukken, met een knik bij ca 24 km/u. Is dat het punt waar de luchtweerstand opeens een grote rol gaat spelen? In ieder geval lijken de waarden aardig overeen te komen met de berekeningen met het model van Kreuzotter.
Het enige dat nu nog ontbreekt is het verlies dat optreedt bij de aandrijving: ketting, kettingbuizen, tandwielen etc. Helaas weet ik geen eenvoudige methode om dat te meten. Deze verliezen zijn meestal erg klein ten opzichte van de rol- en luchtweerstand. En een live vermogensmeting is ook wel prettig, die meet ook de effecten van slappe banden, tegenwind, stijging, ongesmeerde ketting etc, etc.
Ongetwijfeld hebben andere mensen vergelijkbare testen gedaan en hier ook al over gepubliceerd. Ik leer graag van hun ervaringen, dus kom maar op met de opmerkingen of links naar interessante sites.