Haaienpak geen doping maar technisch placebo


Foto: Albert Kok

(Extra materiaal behorende bij de QR code uit de krant na de columntekst)

Miljoenen jaren voordat de eerste dinosaurussen het levenslicht zagen, zwommen er al haaien rond. In de ruime tijdsspanne van 450 miljoen jaar hebben diverse soorten zich ontwikkeld tot perfecte zwemmers die moeiteloos snel lange afstanden afleggen. Voorbeelden zijn de mako, die geklokt is op 80 kilometer per uur en de witte haai. Ze trekken de aandacht van onderzoekers die graag de kunst van ze willen afkijken voor energiezuinige toepassingen.

Een door het water bewegend voorwerp ondervindt twee soorten weerstand. Vormweerstand ontstaat doordat het object water verplaatst en dat kost energie. Daarom gaat door water lopen zo moeizaam. De tweede soort weerstand is de wrijving tussen het water en het oppervlak van het voorwerp. Deze weerstand veroorzaakt turbulenties, zoals de draaikolkjes die te zien zijn als rivierwater langs een steen stroomt. Water dat in direct contact staat met de steen heeft door de wrijving een lagere snelheid dan het water verder weg. Daar waar het langzame en het snelle water met elkaar in contact komen, ontstaan wervelingen. Als een object door water beweegt ontstaan deze turbulenties ook, waardoor het een aanzienlijke weerstand ondervindt.

Om de vormweerstand te verminderen hebben haaien – net als dolfijnen, pingu├»ns en andere rappe zwemmers – gestroomlijnde contouren. Wie bij het verminderen van de wrijvingsweerstand aan een glad oppervlak denkt, heeft het mis. De huid van een haai voelt aan als schuurpapier en bestaat uit microscopisch kleine schubben met groeven. Het effect van deze ‘huidtanden’ is dat het verschil tussen het snelle en het langzame water afneemt. Dit vermindert de wervelingen en daarmee de weerstand, zodat de haai tot 10 procent effici├źnter kan zwemmen.

Het ligt voor de hand om deze haaientruc toe te passen bij voertuigen. Een auto heeft echter vooral met vormweerstand te maken: dan heeft een ‘haaienhuid’ weinig effect. Het is wel zinvol om er boten en vliegtuigen mee uit te rusten. Vanwege hun grote oppervlak, bestaat de weerstand van deze voertuigen voor bijna de helft uit wrijving. Experimenten met vliegtuigen bekleed met ‘haaienhuidfolie’ tonen aan dat de weerstand met ongeveer 3 procent vermindert. Dat lijkt niet veel, maar op trans-Atlantische vluchten leidt zoiets tot een aanzienlijke brandstofbesparing.

Goede folie maken is lastig. De huidtanden laten zich niet gemakkelijk namaken en bovendien kan folie ook loslaten. De flapperende resten zorgen dan juist voor meer weerstand. Daarom wordt momenteel zelfreinigende haaienverf ontwikkeld.

Een bekende toepassing is natuurlijk het haaienpak waarmee menig zwemmer furore maakte op de Olympische Spelen van 2004 in Athene. Record na record sneuvelde en dat werd grif toegeschreven aan de drie tot vier procent weerstandsvermindering die het pak volgens de fabrikant opleverde. Uiteindelijk werd het pak verbannen omdat het als ‘technische doping’ werd gezien.

Toch denken veel wetenschappers dat het succes van het haaienpak een broodje aap is. Het zou wat voordeel kunnen opleveren omdat het de zwemmer in een gestroomlijnd model dwingt. Het verminderen van de wrijving doen ze echter af als onzin. Met textiel is het welhaast onmogelijk om de juiste haaienstructuur na te maken. De wetenschappers denken dat er niet zozeer sprake is van technische doping als wel van een technisch placebo.

Ook leuk om te weten naar aanleiding van de column:

In natuurdocumentaires zijn regelmatig walvissen te zien die onder de zeepokken, mosselen, algen en andere organismen zitten. Ook schepen worden geteisterd door de meelifters. Deze aanhangsels laten de weerstand tot wel 15 procent toenemen met een groter brandstofverbruik als gevolg.

Haaien daarentegen zijn nagenoeg helemaal schoon en ondervinden geen extra weerstand van de ongenode gasten. Ook hier dragen de huidtanden aan bij. Door de structuur van de microscopische schubben met groeven en richels kunnen de organismen zich er niet goed aan hechten. Bovendien draagt een slijmlaag, die veel andere vissen ook hebben, bij aan het anti-fouling effect. Deze laag zorgt er tevens voor de haai nog gemakkelijker door het water glijdt.

Het effect van de huidtanden van de haai wordt vaak verward met de putjes (Engels: dimples) in een golfbal. Maar de huidtanden verminderen de wrijvingsweerstand, terwijl de putjes deze juist verhogen. Wel verlagen de dimples de vormweerstand aanzienlijk.

Een golfbal die door de lucht beweegt is te vergelijken met een schip dat een kielzog achterlaat in het water. Het zog achter de golfbal zorgt voor een lage druk, waardoor het balletje als het ware wordt terug gezogen. Dit effect is vooral sterk in een laminaire stroming waarbij water of lucht netjes geordend in dezelfde richting stroomt.

De putjes zorgen ervoor dat de laminaire stroom rondom de golfbal turbulent wordt. Dat lijkt geen goed idee omdat dan immers de wrijving en daarmee de weerstand die de golfbal ondervindt toeneemt. De turbulente stromingen zorgt er echter ook voor dat de lucht langer aan het balletje blijft ‘plakken’ waardoor het zog vermindert. Hierdoor neemt de vormweerstand dusdanig af dat het ruimschoots opweegt tegen de stijging van de wrijvingsweerstand. Het balletje kan zo een veel grotere afstand afleggen.


Foto: Pascal Deynat/Odontobase

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 9 januari 2015

Ylva Poelman alias De Bionische Vrouw
E: info@bionicacentrum.nl
T: 06 - 22 79 71 84