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Two-Mass-Skate: Warum ein Fahrrad aufrecht bleibt

Two-Mass-Skate

Warum ein Fahrrad aufrecht bleibt

Forscher aus den Niederlanden und den USA sind der Frage nachgegangen, weshalb ein Fahrrad auch ohne Fahrer stabil fährt. Dabei kamen sie zu dem Ergebnis, dass die bisherigen wissenschaftlichen Erklärungen nicht ausreichen. Durch ihre Erkenntnisse könnten künftige Fahrräder sicherer werden.

Jeder, der schon einmal auf einem Fahrrad gesessen hat, kennt den Effekt: Wird das Zweirad langsam, ist es nur noch schwer unter Kontrolle zu halten. Der Lenker beginnt zu flattern, und dann wird es Zeit, die Füße auf den Boden zu bekommen, um nicht umzufallen. Hat das Rad hingegen genug Fahrt, ist es stabil - stabil genug, dass der Fahrer seine Hände vom Lenker nehmen und freihändig fahren kann.

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Gyroskopischer Effekt und Nachlauf

Zwei Prinzipien, so glaubten Wissenschaftler bisher, seien der Grund dafür: der gyroskopische Effekt, auch Kreiseleffekt genannt, und der Nachlauf. Der gyroskopische Effekt sorgt dafür, dass die sich drehenden Räder, wenn ihre Bewegung gestört wird, durch eine leichte Neigung die Störung ausgleichen - der Effekt ist, dass das Fahrrad eine Kurve fährt und sich dann wieder stabilisiert. Der Nachlauf ist der Abstand zwischen dem Punkt, wo die verlängerte Lenkachse auf den Boden trifft, dem sogenannten Spurpunkt, und dem Punkt, wo das Rad auf Grund der Gabelbiegung den Boden berührt. Auch dieser Effekt sorgt dafür, dass sich das Rad wieder aufrichtet. Der Nachlauf sorgt auch dafür, dass sich das Vorderrad des Einkaufswagens immer in die Fahrtrichtung dreht.

Forscher der Universität im niederländische Delft, der Cornell-Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York und der Universität des US-Bundesstaates Wisconsin in Stout hielten diese Erklärungen jedoch für zu einfach. Ihnen sei der Verdacht gekommen, dass darin etwas fehle, sagte Arend Schwab. Die Forschergruppe konstruierte deshalb ein Fahrrad, das sich ohne Fahrer und ohne gyroskopischen Effekt und Nachlauf aufrecht hält.

Unkonventionelles Gefährt

Two-Mass-Skate (TMS) haben sie das Gefährt genannt, das sich nicht durch die genannten Kräfte aufrecht hält, sondern über eine besondere Verteilung der Masse. Der Rahmen besteht aus einem Rohr, an dem hinten das Rad und vorne der Lenker befestigt sind. Das Oberrohr beginnt am Hinterrad und ragt, gestützt von einem weiteren Rohr, über das Vorderrad hinaus. Am Ende des Oberrohrs ist ein Gewicht angebracht, ein zweites am Lenker.

  • Das TMS im Einsatz (Foto: TU Delft)
  • Auf die Gewichtsverteilung kommt es an. (Foto: TU Delft)
Das TMS im Einsatz (Foto: TU Delft)

Die Lenkachse des TMS ist senkrecht, so dass es keinen Nachlauf gibt. Die Räder werden durch gegenläufige Scheiben angetrieben, die den gyroskopischen Effekt kompensieren. Dennoch lief das Fahrrad ab einer Geschwindigkeit von etwa 8 km/h stabil geradeaus. Wird es seitlich angeschubst, richtet sich auch das TMS wieder auf - ganz wie ein herkömmliches Fahrrad.

Drei Komponenten für Stabilität

"Wir haben herausgefunden, dass fast jedes stabile Fahrrad instabil gemacht werden kann, indem entweder der Nachlauf, der gyroskopische Effekt des Vorderrades oder der Schwerpunkt des vorderen Aufbaus dejustiert werden", schreiben die Forscher in einem Aufsatz im US-Wissenschaftsmagazin Science. "Umgekehrt können instabile Fahrräder stabil gemacht werden, indem diese drei Komponenten entsprechend eingerichtet werden."

Ziel der Arbeit war zunächst, einen besseren Einblick in die Physik des Fahrrades zu erhalten. Die Erkenntnisse könnten aber auch zu Verbesserungen an Fahrrädern führen, die diese sicherer machen. Es gebe Regionen im Design von Fahrrädern, die noch nicht erkundet seien, resümieren die Forscher.


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User5001 02. Mai 2011

Da kann ich dir nur zustimmen.

Icestorm 19. Apr 2011

Die Gabel hat eine Neigung.

Dagobert 18. Apr 2011

Perpetuum Mobile wäre es wenn es ewig weiter fährt. Da es aber nach und nach langsamer...

Icestorm 18. Apr 2011

Nachtrag 2: Nachlauf Der Nachlauf ist die Strecke zwischen dem rechnerischen...

Johnny Cache 18. Apr 2011

Treffender kann man es wirklich nicht ausdrücken. Vielen Dank!



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