Biomechanik

Dynamik beim Kurvenfahren

Weshalb müssen wir beim Kurven Fahren zur Kurven Innenseite liegen? Die Antwort ist uns intuitiv klar, wie beim Radfahren müssen wir nach innen liegen um nicht auf die Nase zu fallen. Je höher die Geschwindigkeit, desto mehr müssen wir unser Gewicht zum Kurvenzentrum verlagern.

Beim Skifahren geschieht dasselbe, mit dem Vorteil, dass wir auf zwei Beinen bzw. Skis stehen und somit ein besseres Gleichgewicht haben. Trotzdem geschieht es immer wieder, dass ein Skifahrer entweder die Kurve nicht halten kann und nach aussen driftet, oder er den Kantenhalt verliert und fällt.
„Du musst eben mehr Kanten geben, damit der Ski hält“ ist die gängige Aussage, also stärker auf die Kanten stehen, mehr Winkel geben, mehr in die Kurve liegen usw. Was auch klar sein sollte ist die Tatsache, dass ab einer gewissen Körperneigung der Ski so stark aufkantet, dass der Skischuh den Schnee berührt und der Skifahrer weggleitet. Weshalb geschieht denn dies einem sehr guten Skifahrer so selten, wo dieser doch wesentlich extremer fährt? Was sich jeder einzelne als Lösung vorstellt weiss ich nicht, allerdings weiss ich, dass sich die meisten Leute eine falsche Vorstellung machen was wirklich geschieht.

Wenn wir auf einem Karussell mit Schaukel sitzen haben wir folgendes Bild:

 

 

Je schneller das Karussell dreht, desto höher kommen wir und der Winkel a° wird grösser. Allerdings erreichen wir nie 90°, denn:       tan a° = F1 / F0       und 90°wird nur erreicht wenn F0 = 0 , was nicht der Fall ist, da wir immer ein Gewicht haben (Doch selbst in diesem Fall würden wir 90° nie erreichen, denn ohne Masse, keine Zentrifugalkraft!). Beachte dass der Winkel a°, der Winkel zwischen der Senkrechte und unserer Körperlinie ist.

Beim Skifahren ist der Fall beinah derselbe, mit dem Unterschied, dass wir den Winkel a° “erfühlen“ müssen. Da unser Gleichgewichtssinn recht gut ist fallen wir natürlich nur dann auf die Nase, wenn wir zu viel Alkohol zu uns genommen haben. Mechanisch gesehen ist die Angelegenheit allerdings ein wenig komplizierter, da die Zentrifugalkraft auf den ganzen Körper wirkt, die Gegenkraft (Zentripetalkraft) allerdings vom Schnee nur via Ski auf den Körper weiter gegeben wird: wir haben zusätzlich ein „Moment“

Ein Moment ist eine Kraft welche auf einen Hebelarm wirkt.

In der Physik greifen die Kräfte, die einen Körper bewegen oder bremsen, an einem imaginären Punkt, dem Schwerpunkt an. Jede Kraft, die nicht dort angreift, macht, dass sich dieser Körper dreht. Wenn ich einen in der Luft schwebenden, mit Helium gefüllten Ballon an seinem Zipfel stosse verändert er nicht nur seine Position, sondern er verdreht sich auch, da ich nicht im Schwerpunkt (oder richtiger, in Richtung des Schwerpunktes) gestossen habe.

Sobald eine Kraft auf einen Körper wirkt, die nicht Richtung Schwerpunkt gerichtet ist, haben wir ein Moment, deren Hebelarm der Senkrechte Abstand des Schwerpunktes zur entsprechenden Kraft ist.

 

 

Der Trick beim Skifahren ist nun, dass die beiden Kräfte F _fug und F₀ eine Resultierend Kraft ergeben, welche direkt auf den Ski geht. Je schneller ich fahre oder je enger die Kurve ist, desto mehr muss ich in die Kurve liegen. Beim Motorrad fahren benötigen wir möglichst weiche Reifen, doch auch die verlieren irgendwann die Adhärenz, beim Ski fahren berührt der Schuh irgend wann den Schnee und wir rutschen weg!

„Musst eben mehr Kante geben!“ … aber wie?

Die Resultierende Kraft muss vom Schwerpunkt aus auf den Ski gehen sonst kippen wir nach aussen oder fallen nach innen. Der Schwerpunkt kann irgendwo auf der Resultierenden Kraft (dessen Vektor) oder deren Verlängerung sitzen, denn für eine gegebene Zentrifugalkraft ist:

F₀ x a ÷ F_fug x b = const.            (nicht wichtig zu wissen, aber es kann helfen)

 

 

denn, F₀ (das Gewicht) und die Zentrifugalkraft F_fug bleiben dieselben, und wenn wir a verkürzen, wird auch b im gleichen Masse linear kleiner, sonst geht das Gleichgewicht verloren. Mit anderen Worten der Quotient bleibt konstant!

Wir können also in die Hocke gehen oder aufstehen, der Winkel a° bleibt derselbe- Ob wir aufstehen oder in die Hocke gehen ändert für das Aufkanten nichts, denn dieTatsache welche wir in Fig 1 aufgezeichnet haben bleibt bestehen!

Der Schwerpunkt des Körpers wandert wenn wir ihn bewegen: Je nachdem wo wir die Hände halten, liegt unser Schwerpunkt leicht oberhalb der Hüfte oder auf Hüfthöhe. Wenn wir in die Hocke gehen kommt er eindeutig unter die Hüfte zu liegen, wenn wir den Oberkörper nun auch noch beugen, kommt der Schwerpunkt wieder nach oben. Nur hilft uns dies nichts, solange wir den Schwerpunkt auf der Verlängerung der Resultierenden behalten. Was geschieht aber wenn wir den Schwerpunkt seitlich verschieben, mit einem Hüftknick den Schwerpunkt aus der „Kraftlinie“, dem Vektor verschieben?

 

 

Mit einem Hüftknick (und/oder Knieknick) verschiebt sich dieser Schwerpunk P1 ausserhalb unseres Körpers! (P2) Die Skizze wird, wie wir sehen ein bisschen komplizierter.
Um im Gleichgewicht zu bleiben, muss der Schwerpunkt wieder in die Linie der resultierenden Kraft kommen. In diesem Fall wird der Winkel a° wieder kleiner, kommt jedoch nicht mehr zu seiner Ursprungsgrösse zurück. Wir müssen also stets mehr „aufkanten“ als vorher, was denkbar schlecht ist!

Ideal wäre also, wenn der Schwerpunkt bei unserer Aktion nach innen wandern würde, ohne dass sich der Winkel a° verändert, denn dann könnten wir ihn aufrichten und den Winkel verkleinern. Wir müssen uns vor Augen halten, dass beim Kippen des Körpers die Skis im gleichen Masse wie dieser aufkanten, da die Knöchel fest im Schuh sitzen und sich der Ski nicht wie der nackte Fuss am Gelände anpassen kann.

 

 

Wenn wir unseren Hintern zur Kurveninnenseite verdrehen (via Knie) verändert sich die Position des Schwerpunktes wie wir es uns wünschen, ohne dass sich der Winkel a° beim Ski vergrössert. Da wir nun den Schwerpunkt (P2) wieder auf den Kraftvektor zurückbringen müssen (nach P3), verkleinert sich der Winkel a° was uns die Möglichkeit gibt die Kurve enger zu fahren (grössere Zentrifugalkraft), da wir nun wieder Spielraum für das Aufkanten haben.
Gut geschliffenen Kanten halten auf hartem Schnee in einem grossen Aufkantbereich, so dass wir den Winkel a° „beliebig“ anpassen können. Die obere Grenze liegt da wo wir den Schnee mit den Schuhen berühren, die untere Grenze betrachten wir in einem Folgekapitel über „Rutschen“.

Wir haben noch eine zusätzliche Hilfe: wir fahren auf zwei Skis. Dadurch können wir die Resultierende Kraft über den Bereich der Skibreite variieren lassen ohne das Gleichgewicht zu verlieren.

Wenn wir in die Hocke gehen, können wir die Skis noch weiter auseinander halten, so dass der Innenski einen kleineren Winkel a° aufweist und somit uns ebenfalls etwas Spielraum gibt. In die Hocke gehen nützt also trotzdem!

 

 

Wir können dies auch anders betrachten: Wie wir gesehen haben ist nur ein Hüftknick nach innen der Kurvendynamik abträglich. Machen wir allerdings einen Hüftknick nach aussen, geschieht das Gegenteil, es hilft uns. Mit breiten Skis fahren (mehr als Hüftbreite) kann als Hüftknick nach aussen assimiliert werden, der Winkel a° ist kleiner als 180°. Natürlich könnten wir den Innenski genau gleich stark aufkanten wie den Aussenski, dies ist allerdings ergonomisch nicht unbedingt natürlich, da das Knie, sobald die Füsse breiter stehen als die Hüfte, aus der Kraftlinie des Beines wandern würde und eine Torsion sowie Knickbewegung seitlich im Knie auftreten würden.

Wie wäre es denn, wenn wir allgemein einen Hüftknick nach aussen machen würden? Für den Wettkampffahrer wäre dies sehr unangenehm für den Kopf, da er bei jeder Kurve einen Schlag von Slalomtor bekäme… ausser die Tore wären wie beim Snowboarden nur kleine Stummel. Die Technik müsste neu erlernt werden und das Resultat ist sehr unsicher. Doch hat nicht Ingemar Stenmark drei Mal die Renntechnik erneuert?

Beim traditionellen Hüftknick bleibt unser Oberkörper mehr oder weniger in der Vertikalen, was für unsern Gleichgewichtssinn wichtig ist. Mit einem Hüftknick nach aussen neigte sich unser Oberkörper stark in Richtung Horizontale und unser Gleichgewichtssinn würde in Schwierigkeiten kommen. Die Frage ist schlussendlich, wo haben wir mehr Vorteile als Nachteile, wo liegt das Optimum.

Es bleibt noch ein interessanter Aspekt übrig. Wenn wir den Hintern zum Kurveninnern verdrehen, dreht der Oberkörper automatisch nach aussen, wir machen ein Gegendrehen! Das Gegendrehen ist jedoch etwas verpönt. Wir müssen mit-drehen oder gar leicht vor-drehen (ausser beim Kurzschwung). Warum machen denn die Rennfahrer genau dieses Gegendrehen? Wie wir gesehen haben wird durch das Verdrehen des Hinterns zum Kurvenzentrum automatisch ein gegen-Drehen erzeugt, dabei ist der Oberkörper bereits in der Position welche er schon bald einnehmen muss um in die nächste Kurve zu gehen. Der Körper insgesamt macht dadurch weniger Rotationsbewegungen nach links und rechts. Bei jeder Rotationsbewegung erfährt der Körper eine Beschleunigung die er wieder bremsen muss. Dieser Energieaufwand kann je nach Kurvenlänge und nötiger Reaktionsgeschwindigkeit recht bedeutend werden. Dies ist eben auch der Grund weshalb wir beim Kurzschwung den Oberkörper nicht mit bewegen.

Was wir grundsätzlich sagen können ist, dass Rennfahrer, um effizient und schnell zu sein, prinzipiell kraftsparend und biomechanisch korrekt fahren müssen. Wenn ein Fahrer besser ist, so macht er es technisch mit grösster Wahrscheinlichkeit besser, ohne dass er jedoch wissen muss wie es physikalisch funktioniert, denn er orientiert sich oft an seinem Körpergefühl. Doch das Wissen um die Umstände kann einem Lernenden helfen, falsche Annahmen hingegen führen zu schlechten Resultaten.

 

Hier findet Ihr zahlreiche meiner Videos über Skifahren.