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Fahrradfahren
Das Fahrradfahren erscheint für jemanden,
der es beherrscht, eine Tätigkeit zu
sein, über die man nicht unbedingt lange
nachdenken muss. Dennoch stellt sich
die Frage, wodurch es ermöglicht wird,
sich auf einem Gefährt wie dem Fahrrad
vorwärts zu bewegen, das prinzipiell instabil
ist und ständig zu kippen droht.
Die Antwort liegt in Eigenschaften
des Fahrrades, die den Fahrer dabei un- Abb. 14: Lance Armstrong beim Zeitfahren
terstützen, das Gleichgewicht zu halten.
Ein nachhaltiges Gleichgewicht des Systems Fahrrad/Fahrer beruht nämlich
bei schnellerer Fahrt nur zum geringeren Teil auf der Fähigkeit des
Fahrers, es auszubalancieren – vielmehr leisten Fahrradkonstruktion und
physikalische Effekte entscheidende Hilfe, so dass sogar ein freihändiges
Fahren möglich ist.
Das Fahrrad im labilen Gleichgewicht
Ein Fahrrad berührt den Boden in zwei Punkten – genaugenommen sind
es Flächen, die Auflageflächen der Reifen. Eine auch nur geringe Neigung
der senkrecht zur Fahrbahn stehenden Rahmenebene führt beim stehenden
Fahrrad zum Umkippen. Sobald der Schwerpunkt nicht mehr über
der die Auflageflächen umfassenden und verbindenden Unterstützungsfläche
liegt, kippt das Rad um.
Durch extremes Einschlagen des Lenkers lässt sich die Unterstützungsfläche
für den Schwerpunkt vergrößern. Die Erfahrung lehrt, dass nur
gut geübte Menschen auf einem stehenden Fahrrad für längere Zeit einen
Sturz vermeiden können. Wenn die meisten dennoch problemlos geradeaus
fahren können, muss die Fahrdynamik dafür ausschlaggebend sein.
Geradeaus fahren: dynamisches Gleichgewicht
Einem Umkippen in eine Richtung während der Fahrt muss man dadurch
entgegenwirken, dass man den Lenker in die gleiche Richtung ausschlägt,
eine kurze Kurve einleitet und nun durch die Zentrifugalkraft zur anderen
Seite aufgerichtet wird. Dabei lässt sich ein Überkippen kaum vermeiden,
der Lenker muss wiederum in die andere Richtung gelenkt werden
und so weiter.
Eine Geradeausfahrt kommt daher einem subtilen, meist unbewussten
Pendeln um die Gleichgewichtslage zwischen Kippen und Wiederaufrichten
gleich – besonders bei langsamer Fahrt: Das Pendeln äußert sich dann
durch starke, abwechselnde Lenkausschläge.
Bei freihändigem Fahren bleibt nur das seitliche Neigen des Körpers
zur Erzeugung eines entgegengesetzten Schweremoments. Freihändiges
Fahren ist bei langsamer Fahrt nahezu unmöglich. Erst der weiter unten
beschriebene Nachlauf und die Kreiselkräfte ermöglichen dies, indem sie
bei einer Radneigung einen kontrollierbaren Lenkausschlag auslösen und
so das Rad wieder in die gerade Fahrlinie zurückbringen bzw. eine stabile
Kurvenfahrt ermöglichen.
Die Laufräder als Kreisel: Was das Radfahren vom Balancieren
unterscheidet
Bei zunehmender Geschwindigkeit haben sowohl Lenkbewegungen als
auch Körperschwerpunktverlagerungen (Balancieren) eine untergeordnete
Bedeutung. Das gilt grundsätzlich für die Geradeausfahrt wie für
Kurven. Ab einer Geschwindigkeit von 20 km/h werden die auf die Laufräder
wirkenden Kreiselkräfte so stark, dass ein stabiles Geradeausfahren
und ein großer Teil der Lenkmanöver auch freihändig möglich sind.
Der Beitrag der rotierenden Laufräder als Kreisel zur Stabilisierung der
Fahrt liegt darin, die zuvor geschilderten nötigen Lenkausschläge zu unterstützen
bzw. beim Freihändigfahren auszulösen. Dadurch werden sowohl
kleine, bei der Geradeausfahrt notwendige Korrekturen automatisch
ausgelöst als auch die länger aufrechtzuerhaltenden Lenkausschläge bei
Kurvenfahrten.
Kreiseleffekte: Stabilisation und Präzession – Das Vorderrad stellt einen
symmetrischen, nutationsfreien Kreisel dar; die Drehimpuls-, Rotations-
und Figurenachsen sind identisch. Durch ein seitliches Neigen
des Vorderrades wirkt ein Drehmoment, das senkrecht zum Drehimpuls
steht. Dies führt zu einer Drehimpulsänderung und damit zu einer Präzessionsbewegung
(Gyroskopischer Effekt bei Zweirädern): Der Lenker
dreht sich in die Richtung der Neigung. Umgekehrt führt eine Drehung
des Vorderrades um die Lenkachse zu einem Neigen des Fahrrades in die
entgegengesetzte Richtung aufgrund der Präzession.
Das Hinterrad präzediert nicht, trägt aber zur Kreiselwirkung bei, indem
seine Neigung auf das Vorderrad übertragen wird, was zu einer Verstärkung
der Kreiselwirkung führt und das Rad insgesamt stabilisiert.
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