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Rubrik: Tagesberichte |
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Wasserfilmdicke und Kontaktfläche entscheidend Die Physik des Skigleitens | |
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Um eine optimale Gleitfähigkeiten bei Rennskis zu erhalten, wird immer noch viel gepröbelt. Anhand seiner Doktorarbeit konnte nun ein ETH-Ingenieur zeigen, dass das Gleiten hauptsächlich von den generierten Wasserfilmen und der Kontaktfläche abhängt. Ein erster Schritt dazu, physikalisch begründet Skibeläge zu optimieren. Der Skiservice erinnert immer noch an Alchemie. Da nimmt der eine Servicemann die anspruchsvollen Latten nicht gerade ins Bett aber doch mit aufs Zimmer, wohingegen sein Kollege auf eine kalte Nacht im Schnee für die Bretter schwört. Zudem werden die Beläge manchmal sanft poliert, bei Bedarf geht man aber auch schon mal mit der Stahlbürste darüber. Diese Situation ist unbefriedigend für den Hersteller und irritiert zusätzlich den Ingenieur. Denn es kann doch nicht sein, dass man nicht durch besseres Verständnis der physikalischen Bedingungen die Gleiteigenschaften von Skis verbessern kann. Das sagte sich auch ein Team von Forschern des Eidgenössischen Institut für Schnee- und Lawinenforschung in Davos, zu dem auch Lukas Bäurle, ETH-Forscher der Materialwissenschaften, gehört (1). Bäurle analysierte darum in seiner Doktorarbeit im Rahmen eines KTI-Projekts zusammen mit dem Skihersteller Stöckli und der Wachsfirma Toko das System Skibelag-Wachs-Schnee. Gerättests statt Feldversuche Für ihre Versuche liessen die SLF-Forscher nicht irgendwelche Skicracks mehrmals mit verschiedenen Brettern in einem Feldversuch eine Teststrecke runtersausen – was sonst Standard ist -, sondern bauten an ihrem Institut eine Testanlage in einem Kältelabor auf. Unter diesen Bedingungen können die Störfaktoren Mensch, Wind und Wetter eliminiert und gleichzeitig die Datenmenge erhöht werden. Das Testgerät, ein sogenannter Tribometer, besteht aus einem Drehteller mit einer Eisspur, auf der ein Miniaturski fährt. Die Reibung zwischen Ski und Eis kann damit exakt bestimmt werden. Die Daten der Messungen flossen in ein Modell der Kontaktzone zwischen Skibelag und Schnee ein. Dabei zeigte sich bei Analysen von Bäurle, dass der entscheidende Faktor beim Gleiten ein Wasserfilm ist, der durch die Reibung zwischen Ski und Schnee entsteht.
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Somit überraschte auch der sehr kleine Reibungskoeffizient von bis zu minimal 0.03 bei Skis nicht. Dieser hängt jedoch stark von den Verhältnissen ab und ist beispielsweise bei kaltem Schnee höher. Das numerische Modell sagt hier voraus, dass mit zunehmender Schneetemperatur die Wasserfilmdicke ansteigt und infolgedessen die Reibung abnimmt. Möglichst wenig Kontakt mit Schnee Trotzdem ist ein Wasserbad nicht die optimale Speedunterlage. Denn Bäurle konnte auch demonstrieren, dass neben dem Wasserfilm die wahre Kontaktfläche Einfluss auf das Gleitverhalten hat. Bei Wasser wäre der Umfang der Kontaktfläche praktisch 100 Prozent. Das stellt einen Nachteil dar, da grundsätzlich der Zusammenhang gilt, dass je kleiner die Kontaktfläche ist, umso weniger Reibung und entsprechend Geschwindigkeitsverlust auftritt. Das ist wahrscheinlich auch die Lösung für die Frage, wieso bei gewissen Feldtests Damenskis besser abgeschnitten hatten als die der Männer. Denn letztere waren einfach länger und hatten mehr Kontakt. In Bezug auf Feldtests zeigte sich grundsätzlich, dass sowohl die Laborexperimente wie auch das Modell des SLF-Teams sehr gut mit Ergebnissen aus Testfahrten im Feld übereinstimmte. Vielleicht schon bald in der Praxis Doch was heisst das für die Praxis? Bei trockenem, feinkörnigem Schnee, so Bäurle, sollte auch der Skibelag fein strukturiert sein. Dadurch kann die Kontaktfläche verringert werden. Bei altem oder nassem Schnee mit grossen Körnern dagegen empfiehlt sich ein gröber strukturierter Belag. Wie die optimale Ski- oder Wachsstruktur aussehen müsse, dass müsse aber noch weiter ausgetestet werden. Etwas sei aber klar: Die Gleitfähigkeit bei Skis wird grundsätzlich durch die Physik bestimmt. Inwiefern die Chemie der Belagsoberfläche einen Einfluss hat, wird zur Zeit abgeklärt. Angesprochen darauf, wie schnell aber diese neuen Erkenntnis in die Praxis umgesetzt werden, meint der ETH-Forscher, dass das innerhalb von Monaten geschehen könne. Er spekuliert, dass eventuell bereits an der Olympiade von Turin in diesem Winter Stöckli seine Skis entsprechend präpariert. Wenn sich dann die Skicracks in Italien messen, steht Lukas Bäurle eine ganz anderer Test bevor: Er muss zu den Schlussprüfungen seines Doktorats antreten. |
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