Schlittenfahren und Rodeln – auch eine Frage der Physik

Sobald es ein bisschen Schnee gibt, nehmen Kinder und Erwachsene ihre Schlitten aus Kellern und Garagen. Sogar in der Stadt kann man sehen, wie kleine Hügel in Parks und Spielplätzen zu Rodelbahnen werden. Natürlich sind richtige Abfahrten noch schöner, auf denen die Schlitten richtig schnell werden. Aber wie wird man besonders schnell? Und welche Bedeutung hat die Form der Kufen und des Schlittens? Die Wissenschaft hilft auch bei diesen Fragen.

«Das Wesentliche, was man sich anschauen muss, sind die Kräfte, die auf den Schlitten wirken», erläutert der Physik-Professor Oliver Natt von der Technischen Hochschule in Nürnberg. Als erstes müsse man die Hangabtriebskraft berücksichtigen, die proportional zum Gewicht sei. «Wenn ich doppelt so schwer bin, ist auch die Hangabtriebskraft doppelt so stark.» Auch die Neigung des Geländes sei bedeutend für die Hangabtriebskraft.

Eine weitere Rolle beim Schlittenfahren spielt jedoch die Trägheitskraft eines Körpers, die sich gegen die Beschleunigung richtet. «Die Trägheitskraft ist ebenfalls proportional zum Gewicht, daher haben schwere Menschen hier einen Nachteil», sagt der Physik-Professor Peter Schleper von der Universität Hamburg. Das führe dazu, dass ein leichter und ein schwerer Mensch mit Blick auf diese beiden Kräfte – Hangabtriebs- und Trägheitskraft – gleich schnell beschleunigen können.

Daneben ist aber auch die Reibungskraft zwischen Schlittenkufe und Oberfläche ausschlaggebend. «Diese ist tatsächlich sehr komplex und hängt von vielen Faktoren ab, vor allem von der Beschaffenheit der Oberflächen», sagt Natt. Wie stark der Schlitten auf die Oberfläche gepresst werde, sei abhängig von dem Gewicht des Fahrers und des Schlittens. Bei weichem Schnee sei der Leichtere deshalb klar im Vorteil, weil er nicht so tief einsinke und der Schlitten weniger Schnee verdrängen müsse.

Der Luftwiderstand bremst

Geht es erstmal den Abhang hinab, wird man Natt zufolge bei der Fahrt immer schneller. «Deshalb kommt zur Reibung zwischen Kufen und Schnee noch die Luftwiderstandskraft hinzu.» Dabei sei nicht die Masse, sondern die Frontfläche des Fahrers und die Aerodynamik ausschlaggebend. «Der Wert der Luftwiderstandskraft steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit. Das kennt man vom Autofahren. Wenn man schneller fährt, steigt der Spritverbrauch überproportional», erläutert Natt.

Ab einer Geschwindigkeit von etwa 20 Kilometern pro Stunde spüre man das deutlich durch den Fahrtwind im Gesicht, sagt Veit Senner, Professor für Sportgeräte und Sportmaterialien an der Technischen Universität in München. «Den Luftwiderstand kann man nur reduzieren, wenn man die Fläche verringert. Das machen viele intuitiv, indem sie beim Fahren den Oberkörper zurücklegen.» Noch geringer werde der Luftwiderstand, wenn man sich bäuchlings auf den Schlitten lege. Davon raten Fachleute aber wegen der großen Verletzungsgefahr ab.

Das ABC des Lenkens

Wie man einen Schlitten am besten lenkt, weiß der Ex-Profirodler Marcus Grausam. Dafür ist es jedoch wichtig, zwischen Schlittenfahren und Rodeln zu unterscheiden. Diese Ausdrücke werden oft synonym benutzt. Doch es gebe große Unterschiede zwischen einem Schlitten und einem Rodel, sagt Grausam, der seit rund 20 Jahren Rodel in seinem Ein-Mann-Betreib in Kreuth am Tegernsee baut. «Den Schlitten an sich kann man nicht lenken.»

Bei diesem sei das Gerüst starr. Vor einer Kurve müsse man den Schlitten abbremsen und dann einen Fuß fest in den Boden stemmen, bis man um die Kurve herum ist. «Beim Rodel kann man lenken, ohne in der Kurve langsamer zu werden.» Dank der flexiblen Konstruktion könne man diesen mit einem Riemen, Gewichtsverlagerung und Druck der Füße lenken.

Parallelen zum Skifahren

«Man hat das gleiche Prinzip wie beim Skifahren», erläutert Senner mit Blick auf den Rodel. In einer Linkskurve versuche man, die linke Kufe durch Zug am Lenkriemen etwas anzuheben. Gleichzeitig werde die Kufe auf der rechten Seite aufgekantet, indem man mit der Innenseite des Fußes oder des Unterschenkels gegen den Holm drücke. Beim klassischen Schlitten sei das aber nicht möglich, da die Kufen in der Regel gewölbt seien und keine Kanten hätten. «Dafür lassen sich die Schlitten durch Beindruck leichter drehen.»

«Ein Schlitten ist gut, wenn man einen geraden Schlittenhang runterfährt», sagt Grausam. Für kurvige Forststraßen im Wald sei ein Rodel besser geeignet. Egal mit welchem Gefährt, dabei ist aus seiner Sicht wichtig: vorausschauend und vorsichtig zu fahren, stabile Schuhe, Handschuhe und vor allem ein Helm. Geschwindigkeiten von 60 bis 70 Stundenkilometern seien auf manchen Bahnen möglich, auf Standardrodelbahnen seien es immerhin 40 bis 50 km/h.

Niemals ohne Helm

Die Technische Universität Graz führte Computersimulationen von Crashtests durch, die ergaben, dass Kinder ohne Helm bei einem Zusammenstoß mit einem Baum bereits ab Geschwindigkeiten von etwa 10 km/h schwere Kopfverletzungen erleiden können. Es wurde auch festgestellt, dass die Sitzposition des Kindes eine entscheidende Rolle für das Verletzungsrisiko spielt: Wenn Kinder vor dem Erwachsenen auf dem Schlitten sitzen, drückt dieser das Kind bei einem Unfall praktisch in den Baum, was zusätzlich Verletzungen am Brustkorb und Oberschenkel zur Folge haben kann.

Ein ADAC-Crashtest für Erwachsene zeigte Ähnliches, bei dem ein mit Sensoren ausgestatteter Dummy auf einem handelsüblichen Schlitten mit einer Holzwand bei einer Geschwindigkeit von 25 km/h kollidierte – sowohl ohne als auch mit Helm. Laut ADAC sank die Wahrscheinlichkeit für eine schwere Kopfverletzung wie einen Schädelbasisbruch von 90 Prozent ohne Helm auf 10 Prozent mit Helm. Allerdings können auch bei dieser Geschwindigkeit mit Helm schwerwiegende Verletzungen an Nacken, Halswirbeln, Händen, Füßen und Knien auftreten.

Noch mehr Physik

Aber warum rutscht ein Schlitten eigentlich so gut auf Schnee? «Das ist eine hochkomplexe physikalische Frage», sagt Natt. Dabei spielen ihm zufolge mehrere Effekte eine Rolle. Einer sei zum Beispiel, dass die oberste Lage der Eismoleküle nicht so fest gebunden sei, so dass ein winziger Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche bestehe, sagt Natt. Ein zweiter Effekt sei die Reibung des Schlittens auf dem Schnee, die Wärme erzeuge, wodurch der Flüssigkeitsfilm verstärkt werde.