Bike-Physik: Warum fallen wir beim Fahrradfahren eigentlich nicht hin?

Ein Rad hat nur zwei Reifen, darum benötigt es anders als eine vierrädrige Karre einen Ständer, wenn es im Stehen nicht hinfallen soll. Ist es aber in Bewegung, fährt es auf seinen schmalen Pneus relativ sicher. Woran liegt das eigentlich? Wie jeder Radfahrer weiß, fährt das Rad umso sicherer, je schneller man unterwegs ist. Wird man langsamer, rollt das Rad instabiler. Nur mit starken Lenkeinschlägen lässt sich das Rad dann aufrecht halten. 

Aus dem Physik-Lehrbuch

Was hält das Rad gerade? Zuerst hilft die klassische Physik. Dazu zählen die Kreiselkräfte der rotierenden Räder. Sie bewirken, dass ein rotierender Reifen in seiner Ausrichtung verharrt und nur schwer aus seiner Haltung zu bringen ist. Man kann das einfach ausprobieren, in dem an den ausgestreckten Armen ein Rad vor sich hält. Ist es in Ruhe, lässt es sich leicht hin und her bewegen, rotiert es dagegen, wird es schwerer, das Rad aus seiner Position zu entfernen. Gut für den Radfahrer: Stört man die Rotationsachse der Räder, entsteht von allein ein Impuls, der das Rad wieder aufrichtet.

Hinzu kommt der normale Impuls einer Masse in Bewegung: Ähnlich wie eine Kanonenkugel strebt eine Masse in Bewegung danach, einfach der Impulsrichtung weiter zu folgen. Solange das Rad geradeaus fährt, stabilisiert dieser Effekt, der nach vorne gerichtet ist, die Bewegung des Fahrrades.

Unter Laborbedingungen

In einer idealen Welt würden diese beiden Effekte schon ausreichen, damit ein Rad stabil und ohne hinzufallen fährt. Ideal würde aber Laborbedingungen bedeuten: Der Boden ist eben und das Zweirad wird von einem Motor angetrieben. In der Wirklichkeit ist der Boden aber alles andere als eben und der Antrieb stammt aus dem Strampeln des Fahrers. Die Stöße von unten und das Treten und die damit verbundenen Bewegungen des Körpers versetzen das Rad in eine permanente Unruhe. Hinzu kommt, dass der Mensch weit schwerer ist als das ganze Rad, von den rotierenden Reifen gar nicht zu reden. Tatsächlich fährt ein Rad nie vollkommen aufrecht, sondern schwingt immer etwas um die aufrechte Haltung herum.Warentest Trekking E-Bikes 8.15

Die Konstruktion hilft

Die Unruhe führt dann zum bekannten Schlenkern des Vorderrades. Je nach Form des Rahmen und der Gabel kann das Rad agil - sprich nervös - oder eher gutmütig abgestimmt sein. Die Konstruktion von Gabel und Reifen halten das Rad im Gleichgewicht. Wichtigstes Moment ist der sogenannte Nachlauf des Vorderrades. Er bewirkt einen Effekt, als würde das Rad von vorn gezogen werden. 

Christian Bohndieck, Produktmanager Kalkhoff bei Europas größtem Fahrradbauer, Derby Cycle, erläutert das Prinzip. "Wenn Sie eine Fahrradgabel ansehen und ihre Linie im Kopf über die Radnabe hinausverlängern, werden sie Folgendes feststellen: Diese gedachte Linie trifft immer ein paar Zentimeter vor dem Punkt auf dem Boden, an dem das Gummi des Reifens tatsächlich aufliegt." So als würde man es mit einem Band vom Nachlaufpunkt ziehen.

Demnach verhält sich das Fahrrad gerade nicht so, als würde es vom Hinterrad geschoben. "Dieser Zieheffekt bringt das Rad von allein in die Spur. Das ist der gleiche Effekt, der bewirkt, dass das Rad eines Supermarktwagens immer nach hinten weist. Dabei gilt: Je länger der Nachlauf ausfällt, umso stabiler wird der Geradeauslauf." Man darf es allerdings auch nicht übertreiben, denn ein langer Nachlauf erschwere die Lenkung, so Bohndieck.

Die Kreiselkräfte sind jedoch nicht zu vernachlässigen, auch wenn denn das manchmal in Veröffentlichungen behauptet wird. "Das kann man an Kindern einfach erkennen. Ein Kind, das Radfahren lernt, schwingt auf einem Rad mit kleinen Reifen immer mehr hin und her, als ein Kind mit einem Rad auf größeren Reifen." Recht und Rad

Ein Rad pendelt

Doch der Radler muss durch Gewichtsverlagerungen und Gegensteuern immer mitarbeiten - Rotationskräfte und Nachlauf dämpfen einwirkende Impulse lediglich, sie lösen sie nicht auf.

Bei normaler Fahrt wechseln Belastung und Richtung der Ablenkung des Rades mit jedem Tritt - einmal will das Rad ein Stückchen nach links einschlagen, dann nach rechts. Dieses unruhige, pendelnde System korrigiert der Mensch mit unwillkürlichen kleinen Lenkeingriffen und mit minimalen Gewichtsverlagerungen. Bewegt sich das Gewicht nur ein wenig aus der absoluten Mittellage, ergibt sich nämlich auch ein Lenkimpuls in diese Richtung. Das funktioniert so gut, dass man es bewusst gar nicht wahrnimmt. 

Langsame Fahrt überfordert die meisten Radler

Fährt das Rad langsamer, wirken die stabilisierenden Kreisel- und Impulskräfte weniger, umso stärker wirken sich Schläge aus Bodenwellen und die Unruhe aus der Körper- und Tretbewegung aus. Die unbewusste Steuerung durch Gewichtsverlagerung und Gegensteuern funktioniert beim normalen Radler nicht mehr. Er müsste nun ganz bewusst die richtigen Korrekturen vornehmen. Doch in aller Regel verfällt man in grobe, hektische Gegenbewegungen, die das Rad noch instabiler machen - solange, bis es hinfällt.

Das muss allerdings nicht zwangsläufig so ablaufen. Trainierte Fahrer mit einem guten Gleichgewichtssinn können auch ein stehendes Rad im Gleichgewicht halten - das ist aber eine Kunst. Vergleichbar etwa mit der Körperbeherrschung, die notwendig ist, wenn man aufrecht auf einem Surfbrett stehen will.Steer Assist Gazelle_12Uhr