Fahrrad in Balance – geschickte Nutzung von Naturgesetzen

Fahrrad fahren kann fast jeder – doch weshalb die Person auf den zwei schmalen Rädern nicht umfällt, damit befassen sich die wenigesten Menschen.

Verschiedene Räder, alle erdenklichen Einzelteile und Werkzeuge bestücken die offene Selbsthilfe Fahrradwerkstatt St. Ludwig. Mittendrin ist Franz Trätzel, ein Mitarbeiter der Werkstatt, der an einem rosa Kinderfahrrad schraubt. Die Vierjährige Laura K. steht neben ihm und hilft mit. „Es kommen oft Kinder in unsere Werkstatt, die Probleme mit ihren Rädern haben“, verrät Franz. „Ich arbeite hier schon seit einigen Jahren und helfe gerne den Fahrradfahrern, wenn sie Hilfe benötigen.“

Das Fahrrad ist eines der effizientesten und vielseitigsten vom Menschen angetriebenen Transportmittel, die bisher erfunden wurden. Zu wissen ist, dass das Gefährt auch ohne menschliche Einwirkungen mit ausreichender Geschwindigkeit in der Balance bleiben kann.

Impulsweiterleitung

Nach ein paar gekonnten Handgriffen von Franz, kann Laura auf ihr Rad steigen. Ihre Mutter, die draußen auf sie gewartet hat, hilft ihrer Tochter noch ein kleines bisschen. Laura fährt erst seit ein paar Tagen ohne Stützräder. Das Mädchen setzt sich den Fahrradhelm auf und tritt langsam los.

Ersatzteile und Werkzeuge die in der Werkstatt benötigt werden. Foto: Yvonne Prempeh

Auf dem Vorplatz der Werkstatt fahren auch andere Kinder mit ihren Rädern. Laura schließt sich ihnen an, um ihr Rad zu testen. Sie dreht etwas wackelig, aber mit strahlendem Gesicht ihre Runden. „Der Gedanke, dass Fahrräder wegen dem nach vorne gerichtetem Impuls aufrecht bleiben, ist ein häufiger Irrtum. Wenn ein fahrendes Rad jedoch zur Seite gestoßen wird, schlägt der Lenker kurz etwas aus, das Fahrrad ändert die Richtung, fährt dann aber weiter – einseitig mit verändertem Impuls, aber dennoch aufrecht“, erklärt Franz. Was wir tatsächlich wissen, ist das Fahrräder aufrecht bleiben: Wenn ein fahrendes Rad beginnt, sich zu einer Seite zu neigen, dann lenkt es auch automatisch etwas zu dieser Seite.

Plötzlich ist ein Klappern zu hören als Laura ihr Gleichgewicht verliert. Das Mädchen verletzt sich zum Glück nicht und steht in Sekundenschnelle wieder auf. „Ist alles gut?“, fragt ihre Mutter besorgt. Ohne Worte steigt Laura auf den Sattel und tritt unbeirrt weiter in die Pedale. „So haben die meisten das Fahren gelernt“, erklärt Trätzel. „Hinfallen, aufstehen, weitermachen.“

Der Spinnradeffekt beim Fahrrad

Während es schwer ist, ein Fahrrad im Gleichgewicht zu halten, wenn man auf der Stelle steht, scheint es beim Fahren kinderleicht zu sein. Verantwortlich dafür, dass wir beim Fahren auf den zwei schmalen Reifen die Balance halten können, sind gleich mehrere Naturgesetze: Wegen der rückwärtigen Schrägstellung der Lenkachse des Fahrrads berührt das Vorderrad den Boden ein bisschen hinter dieser. Das bedeutet, wenn das Rad sich nach links neigt, wirkt die nach oben gerichtete Kraft vom Boden, sodass sich Rad und Lenker nach links eindrehen. Das trägt dazu bei, dass die Räder zurück unter den Massenschwerpunkt des Fahrrads finden. Das Gewicht von Vorderrad und Lenker des Fahrrads ist generell vor der Lenkachse verteilt.

Wenn sich das Rad nach links neigt, hilft der nach unten gerichtete Zug dieser Masse, das Vorderrad nach links zu drehen. Durch die Rotation der Räder entsteht ein Kreiseleffekt, der sogenannte „gyroskopische Effekt“. Wenn sich das Vorderrad eines Fahrrads schnell in eine Richtung dreht, wirkt das wie ein Gyroskop, das ist ein Spinnrad oder eine Scheibe, bei dem die Drehachse von sich aus jede beliebige Ausrichtung annehmen kann. Kippt das Fahrrad nach rechts, wendet das Gyroskop das Drehmoment an, das den Lenker nach rechts dreht und die Richtungsänderung bewirkt, wodurch die Räder wieder unter das Fahrrad gebracht und hochgehalten werden. „Gyroskopischer Effekt“ bedeutet also, dass ein durchdrehendes Rad dazu neigt, in seiner ursprünglichen Richtung ausgerichtet zu bleiben. Der gyroskopische Effekt ist somit eine direkte Folge der Erhaltung des Drehimpulses oder der Drehbewegung.

Geschwindigkeit hilft beim Gleichgewicht

Auf dem Vorplatz übt Laura das Fahren. Foto: Yvonne Prempeh

Lauras Rad bleibt stabil dank einer Kombination aus dem Bodenkontakt des Vorderrades hinter einer rückwärts geneigten Lenkachse, des Massenschwerpunktes von Vorderrad und Lenker vor der Lenkachse und der Kreiselbewegung des Vorderrades. Diese Mechanismen helfen dem Fahrrad automatisch wieder zurück ins Gleichgewicht zu kommen, zumindest dann, wenn es sich mit der richtigen Geschwindigkeit bewegt. Deswegen kann man mit etwas Übung auch freihändig fahren.

Das Fahrrad von Laura fährt also aufrecht, in die vorgegebene Richtung. Nur das Gleichgewicht so halten, um das Fahrrad sicher zu steuern, das kann die Vierjährige noch nicht. Aber das Fahrrad unterstützt die kleine Laura optimal und verlässlich durch die Nutzung der Physik.
Nach ihrer Testfahrt bestätigt Laura, dass alles mit ihrem Fahrrad in Ordnung ist. Mit ein wenig Übung wird auch sie bald ganz ohne Zwischenfälle und Hilfe ihrer Mutter durch die Straßen flitzen.

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