Physik im Wintersport

Das Spiel der Kräfte

Warum fliegen Skispringer mit gespreizten Skiern? Wie ist es möglich, dass ein Curlingstein auf dem Eis einen Bogen zieht? Warum beschleunigt sich die Drehung des Eiskunstläufers während der Pirouette? Alles über die unsichtbaren Kräfte der Physik im Wintersport.

von Hans-Martin Bürki-Spycher

Bob

Foto: Marc Sardin

Mit bis zu 150 Kilometern pro Stunde donnern die Bobschlitten durch den Eiskanal. In den Kurven werden die Bobfahrer mit dem Fünffachen ihres Körpergewichts in die Sitze gedrückt. Es ist, als würde eine mehrere hundert Kilo schwere Last auf ihnen liegen. Erst bei hohem Tempo und enormen Beschleunigungskräften ist der Druck auf die Kufen der Vorderachse stark genug, damit der Bob sich lenken lässt.

In den Kurven wirkt eine gewaltige Zentrifugalkraft. Früher hielten der Kraft nicht alle Fahrer stand, und der Schlitten flog etliche Male in hohem Bogen über die Kurven hinaus. So schoss zum Beispiel 1954 auf der Bahn von Winterberg, Deutschland, ein Bob der US Air Force dreissig Meter durch die Luft und blieb in sechs Metern Höhe in einer Fichte hängen. Nach diesem und weiteren schweren Unfällen wurden die Seitenwände der Kurven stark überhöht.

Curling

Foto: Marc Sardin

Die Steine aus geschliffenem Granit sind ca. 20 Kilogramm schwer und werden abwechselnd von den beiden Mannschaften in Richtung des 40 Meter entfernten Zielkreises (House) gespielt.

Der Stein wird bei der Abgabe in eine leichte Drehbewegung versetzt. Während der Stein über das Eis gleitet, dreht er sich gleichzeitig um seine eigene Achse. Durch diese Drehbewegung läuft der Stein nicht geradeaus, sondern beschreibt eine gebogene Bahn. Die Krümmung wird stärker, je langsamer der Stein wird und je mehr er sich dem Ende seiner Bahn nähert. Der Witz ist, dass ein Curlingstein so hinter einen andern Stein gespielt werden kann, was bei einer schnurgeraden «Fahrt» nicht möglich wäre.

Die wischenden Teamkameraden erwärmen mit ihren Besen das Eis. Das erzeugt einen hauchdünnen Wasserfilm, der sofort wieder friert und das Eis glatter macht. Damit werden Tempo und Reichweite des Steins reguliert. Heftiges Wischen kann die Reichweite des Steins um bis zu dreieinhalb Meter verlängern.

Skispringen

Foto: Marc Sardin

Skispringer fliegen auf einem Luftpolster durch die Luft. Unter Körper und Ski staut sich der Fahrtwind und erzeugt Überdruck. Am Rücken und an der Oberseite der Ski entsteht dagegen Unterdruck - dies dämpft die Schwerkraft, die auf die Sportler wirkt. Der Schwede Jan Boklöv revolutionierte 1988 unabsichtlich die Skisprung-technik. Während eines Trainingssprungs kam er ins Trudeln. Um den Flug zu stabilisieren, stellte er die Skispitzen leicht nach aussen. Bis dahin hatten die Sportler ihre Ski parallel geführt. Boklöv segelte an diesem Tag weiter als je zuvor. Heute springen alle in diesem sogenannten V-Stil. Die geöffneten Skispitzen bilden mit dem dazwischen liegenden Körper eine breitere Luftauflage. Sie misst 0,7 anstatt der 0,5 Quadratmeter, die die parallele Skiführung hergibt.

Im Moment des Absprungs hat der Skispringer eine Geschwindigkeit von 90 Stundenkilometern. Der bei der Landung im Steilhang wirkende Druck ist erstaunlich klein. Etwa so, wie wenn man von einem Stuhl auf den Boden springt.

Eiskunstlauf

Foto: Marc Sardin

Bei einer Pirouette ist viel Physik im Spiel. Der Körper, der um die eigene Achse dreht, hat einen sogenannten Drehimpuls. Dieser setzt sich zusammen aus der Körpermasse, dem Abstand zur Drehachse und der Umlaufgeschwindigkeit.

Bei einer Pirouette wird die Drehung mit ausgestreckten Armen, vorgebeugtem Oberkörper und weggestrecktem Schwungbein relativ langsam begonnen, mit etwa einer Umdrehung pro Sekunde.

Zieht der Eiskunstläufer nun seine Arme an und senkt das Schwungbein, so wird der Abstand zur Drehachse für die betreffenden Körperpartien deutlich kleiner. Weil der Drehimpuls gemäss physikalischem Gesetz gleich bleiben muss, erhöht sich die Geschwindigkeit. Der Eiskunstläufer rotiert nun mit bis zu fünf Umdrehungen pro Sekunde. Ein erneutes Ausstrecken der Arme verlangsamt die Bewegung wieder.

Bei einem Sprung ist der Eiskunstläufer bis zu 0,8 Sekunden in der Luft und schafft dabei bis zu vier Drehungen um die eigene Achse.

Eishockey

Foto: Marc Sardin

Der Puck erreicht bei der Schussabgabe bis zu 160 Stundenkilometer. Das Geheimnis liegt in der Schusstechnik. Der Spieler verlagert sein Gewicht auf den Stock, der sich dadurch wie ein Bogen durchspannt. Dann trifft er den Puck mit voller Kraft. Messungen ergaben kurzzeitig einen Druck von einer Tonne. Durch eine kleine Bewegung aus dem Handgelenk erhält der Puck eine drehende Bewegung, die ihn im Flug stabilisiert.

Nach der Schussabgabe von der blauen Linie ist der Puck nach 0,34 Sekunden beim Tor. Distanz: 16 Meter. Der Goalie braucht überdurchschnittliche Reflexe.

Die Energie, die der Puck besitzt, entspricht derjenigen einer Pistolenkugel. Weil der Puck aber grösser ist, verteilt sich diese sogenannte kinetische Energie auf eine grössere Fläche, und so richtet er weniger Schaden an als ein Projektil.

Würden keine Banden die Eisfläche begrenzen, käme der Puck erst nach knapp zwei Kilometern zum Stillstand.

Bei einem kräftigen Bodycheck wird so viel Energie frei, dass damit eine Glühbirne eine Minute lang brennen könnte.

Dieser Artikel wurde in der Ausgabe 10/06 der Schweizer Familie publiziert.

Zum Inhaltsverzeichnis der Rubrik "Wissen"