Thursday, March 7, 2013

Die Physik des Snowboardens - Teil 1 - Driftschwung

Snowboarden ist wie die meisten anderen Fun-Sportarten ein Spiel mit Kräften und Balance, das ist es was den Spass daran ausmacht. Und trotzdem gehen bei den meisten Leuten sofort die Scheuklappen hoch wenn man nur das Wort Physik oder Mathematik hört. Auch wenn der Körper ein intuitives Verständnis für Kräfte hat, für Fortgeschrittene oder Lehrer ist es essentiell diese auch intellektuell zu verstehen. Denn erst das erlaubt die Verbesserung des eigenen Könnens sowie der Lehrmethoden. Mein Ziel ist es hier die Dinge sehr einfach und nachvollziehbar darzustellen, um diese angesprochenen Scheuklappen zu vermeiden.


Betrachten wir einmal einen Snowboarder der seitlich auf der Kante steht, welche Kräfte wirken auf ihn ein?

Einzig und allein die Schwerkraft. Diese drückt den Fahrer auf den Boden, weil dieser aber geneigt ist wird man abrutschen. Wie stark hängt davon ab wie stark man auf der Kante steht, nur ein wenig und man setzt dem nur einen geringen Widerstand entgegen, krallt man sich mit der Kante im Schnee fest, dann wird man gar nicht rutschen.

Wie leitet man einen Turn ein, sprich man möchte die Nase in Richtung Tal zur Schussfahrt drehen? Klassische Antwort ist, man verlagert das Gewicht nach vorne zur Brettspitze. Damit drückt man das Board vorne mehr in den Schnee und übt eine stärkere Kraft vorne als hinten aus und ..... Moment, wenn ich das Brett vorne mit doppelt so viel Kraft in den Schnee drücke dann erhöht sich der Kantendruck um das doppelte und nichts passiert! Keine Drehung, nichts ändert sich! Das Gleiche ist der Fall wenn wir den Snowboarder in jeder anderen Lage betrachten. Bei der Schrägfahrt, selbst beim Schuss fahren bewirkt die Körperverlagerung aus dieser Sicht heraus nichts. Hat aber andere Vorteile.

Also habe ich jetzt entweder bewiesen dass man am Snowboard keine Kurven fahren kann oder ich habe etwas übersehen.

Rotation


Genaugenommen habe ich drei Dinge übersehen
  • Massenträgheit
  • Drehmoment
  • Einfluss von Störungen
Wie macht der Tänzer oder Kunsteisläufer eine Pirouette? Er legt sich in die Kurve, holte mit Armen und Beinen Schwung und dieser Schwung lässt ihn dann zig mal um die eigene Achse drehen.




Können wir daraus vieleicht etwas lernen? Okay, mit dem Bein Schwung holen wird beim Snowboarden eher schwierig, aber die Arme sind frei. Mit diesen können wir einen Schwung aufbauen und durch die Massenträgheit wird uns der Schwung durch die komplette Drehung ziehen.

Durch die Heftigkeit mir der man die Rotation macht, kontrolliert man wie schnell sich das Board dreht.


Denn was habe ich oben mit den statischen Kräften denn eigentlich bewiesen? Ich hatte gezeigt das die Kräfte im Gleichgewicht sind. Das bedeutet aber nicht dass ich mich nicht drehen kann. Es bedeutet, darüber kann ich keine Drehung aufbauen und entsprechend auch keine Drehung abbremsen. Mit anderen Worten, wenn ich es irgendwie schaffe eine Drehung einzuleiten, bleibt diese auch erhalten.
Die Pirouette ist ein schönes Beispiel, einmal die Drehung eingeleitet kann sich der Eisläufer 30 Mal um die eigene Achse drehen, und unsere Schüler wären schon mit einer halben Drehung zufrieden.

Im Lehrplan kennt man das als Schulterrotation. Als Gegenrotation die man den Schülern abgewöhnen möchte, entweder indem man sagt dass der Oberkörper im Verhältnis zum Brett nicht gedreht werden sollte oder noch besser, in dem man eine Vorrotation hat, also mit dem Oberkörper Schwung für die Drehung nimmt.


Ein kleines gedankliches Experiment dazu: Sie sitzen auf einem drehbaren Bürostuhl und wollen eine halbe Drehung machen. Mit den Füssen sich langsam rund herum zu trippeln ist sicherlich die einfachste Lösung, geht beim Snowboarden nicht. Man könnte den Oberkörper schnell in eine Richtung drehen, der Unterkörper dreht sich dann in die andere Richtung. Ich weiß nicht wie es Ihnen geht, aber ich kann mich nicht um 360° (eigentlich mehr aber egal) verdrehen. Das wird also nichts werden.
Was macht man also? Man hält sich mit den Füßen am Stuhl fest, nimmt mit dem Oberkörper langsam Schwung, so langsam dass die Haftreibung es noch aushält, und am Ende genügt dieser Schwung einen um 180° und mehr zu drehen.

An diesem Beispiel sehen wir mehrere Dinge. Zuerst einmal die Grenzen des intuitiven Verständnisses des Körpers über Physik. Jeder Anfänger und selbst wir Profis setzen Gegenrotationen des Oberkörpers ein, um eine Drehbewegung zu erzeugen. Der Anfänger denkt aber nicht darüber nach, dass er sich mit dieser Technik vielleicht um 10° drehen kann, nicht um 180°. Und wir setzen diese Technik ein wenn es schnell gehen muss und keine Zeit zum Schwung holen ist, wir aber auch nur um ein paar Grad korrigeren müssen.
Die andere Sache die man deutlich sieht ist, warum es unbedingt erforderlich ist die Gegenrotation der Schüler los zu werden. Sie verhindert eine sichere Drehung. Ich würde aus diesem Grund sogar die aktive Vorrotation - das Schwung holen mit dem Oberkörper - propagieren, auch wenn es für den Schüler am Anfang vielleicht zu viel auf einmal ist. Es gibt aber sehr schöne, flüssige Bewegungsabläufe die man dem Körper einprägen kann und man erhöht die Sicherheit der Drehung um Faktoren.

Bei obigem Video bin ich ein 185cm langes Board gefahren, mit 70° Bindungswinkel und trotzdem konnte ich eine sichere Drehung um 180° erreichen. Vergleicht man das mit 90% der Snowboarder auf der Piste, sieht man den Unterschied. Die reißen das Board von einer Seite zur anderen, das geht aber nicht von einer Querfahrt zur Anderen sondern nur um viellecht 45°. Das Ergebnis ist dass die guten Fahrer faktisch Schuss den Berg hinunterfahren, die schlechten bekommen keine Rund aussehenden Schwünge hin. In beiden Fällen ist nur wenig Kontrolle gegeben.

Mit diesen Gedanken haben wir unsere statischen Kräfte vom Anfang um Massenträgheit und Drehmoment erweitert. Die Massenträgheit wird benutzt um ein einmal aufgebeutes Drehmoment (Drehung) beizubehalten.

Wenn ich mir jetzt ansehe wie der Driftschwung unterrichtet wird, haben wir aber nach wie vor Lücken. Wie sagt man dass man einen Driftschwung fährt?

  1. Vorrotation
  2. Gewicht nach vorne - Moment, haben wir nicht gezeigt das dies nichts bringt?
  3. Über das vordere Knie den Schwung einleiten - Wieso dass denn?
  4. In die Knie gehen - Hmm, was soll das bringen?
  5. Am Ende des Schwungs strecken - Okay, das macht Sinn.
Von fünf Komponenten des Driftschwungs können wir erst zwei erklären? Das ist mager.

Gewicht nach vorne

Warum soll ich das Gewicht nach vorne geben, wenn das zwar den Druck vorne erhöht, aber auch den Widerstand um den gleichen Faktor und effektiv sich nichts ändert? Die Antwort darauf ist der verbleibende Punkt von ganz oben, wir sagten zu den statischen Kräften kommen noch Massenträgheit, Drehmoment und Störungen dazu.
Nehmen wir einmal an, der Schnee ist nicht 100% eben, mal ist er vorne am Brett anders, mal hinten. Zur Vereinfachung stellen wir uns vor, wir sitzen über dem Snowboarder, halten sein Brett mit zwei Finger entweder vorne oder hinten fest und schauen was passiert. Wenn er das Gewicht ganz weit vorne hat und wir vorne das Brett ganz leicht festhalten, würde ich sagen dass gar nicht passiert. Wir haben niemals die Kraft ihn aufzuhalten. Hat er das Gewicht über der Brettspitze und wir halten ihn hinten fest, wird er sich sofort in Richtung Schussfahrt drehen. Klassische Hebelwirkung. Durch das Gewicht nach vorne verlagert er Schwerpunkt und Druckpunkt nach vorne. Halte ich ihn vorne fest, ganz nahe oder sogar um Drehpunkt, benötige ich viel Kraft um ihn zu drehen. Halte ich das Brett hinten fest, habe ich einen Hebelarm von 1,30 Meter und kann ihn problemlos zur Drehung zwingen.
Das Gewicht nach vorne ist also eine gute Idee. Es bringt in der klinischen Betrachtung nichts, praktisch erhöht es aber die Wahrscheinlichkeit einer Drehung enorm. Eine schöne unterstützende Maßnahme und daher wichtig.


Über das Knie drehen

Über das vordere Knie den Schwung einleiten, was soll dass denn bedeuten?
Stellen Sie sich einmal im Zimmer in die Bindung und kippen Sie das Knie entweder auf die linke oder rechte Seite des Bretts. Was passiert? Betrachtet man das Brett ganz genau, wird man dessen Torsion sehen. Auch wenn es hinten weiterhin flach am Boden liegt, vorne kantet man es mehr oder weniger auf. Das ist so gewünscht! Mit einem Stahlbrett, das sich überhaupt nicht verwinden würde, könnte man keinen Schwung fahren! Auch wenn diese Torsion nur ein paar Grad sind, für die Kantenwirkung bedeuten ein paar Grad mitunter eine Verdopplung der Haltekräfte.
Das erklärt auch warum ein Raceboard schwerer zu driften ist als ein Freestyle Board - es verwindet sich weniger.
Wenn wir diese Erklärung mit der Störungserklärung von vorhin kombinieren, sehen wir die Verstärkung beider Effekte. Man senkt den Kantendruck vorne ein ganz klein wenig ab, schon hält einen hinten die Kante mehr fest, man beginnt sich wegen dem langen Hebelarm sofort zu drehen.
Warum kann man mit einem 1m90 Raceboard nur sehr schwer driften? Wegen der Torsionssteifigkeit und wegen der Störungen. Bei so einem Board kann man nicht den Drehpunkt komplett zur Brettspitze bringen, Störungen vorne haben einen Hebelarm von 50cm, Störungen von hinten 1,40m. Machbar, aber nicht so leicht wie wenn der Hebelarm 2cm im Verhältnis zu 1,30m ist, wenn man den Schwerpunkt komplett über die Brettspitze bringen kann.

In die Knie gehen

Warum in die Knie gehen?
Das ist einfach, wegen der Hoch-Tief-Belastung. Na gut, vielleicht sollten wir da doch ins Detail gehen. Wie war die Analogie mit dem Bürostuhl? 
"Man hält sich mit den Füßen am Stuhl fest, nimmt mit dem Oberkörper langsam Schwung, so langsam dass die Haftreibung es noch aushält..."
Wie halte ich mich im Schnee mal mehr, mal weniger fest? Ich habe doch nur meine Kante und Haftreibung gibt es eigentlich auch nicht, wir sind ja üblicherweise am Fahren. Es muss also ein Weg sein, bei dem ich beim Einleiten des Schwungs mehr Reibungskraft habe als während dem Schwung. Die Hoch-Tief-Bewegung ist eine einfache Methode das zu erreichen. Am Anfang des Schwungs steht man da, drückt also mit seinem Körpergewicht in den Schnee, die Reibungskraft ist entsprechend. Ist der Schwung eingeleitet, geht man rasch in die Knie. Damit drückt man weniger in den Schnee und die Reibung ist geringer - Ziel erreicht.
Reiht man jetzt einen Schwung nach dem anderen, drückt man am Ende des Schwungs nicht nur mit dem Körpergewicht in den Schnee, sondern wegen der zusätzlichen Belastung durch das Strecken des Körpers und dem Reduzieren der Geschwindkigkeit talwärts, nochmals stärker in den Schnee. Ein wunderbarer Zeitpunkt um den nächsten Schwung einzuleiten.
Nur falls sich mal jemand gefragt hat warum es schwerer ist die erste Kurve einzuleiten im Vergleich zu die Kurven einfach rythmisch aneinander zu reihen.... Wegen dem Mehr an Reibung zum Schwungende, dank der Hoch-Tief-Belastung.

Abschwingen

Das Körperstrecken am Ende der Kurve haben wir damit eigentlich auch bereits behandelt. Wir erhöhen die Reibung und bremsen damit, das ist einerseits sowieso gewünscht andererseits hilft die erhöhte Reibung für die Einleitung des nächsten Schwungs. Einzig erwähnenswert ist vielleicht noch dass man beim Abschwingen ganz natürlich nicht so stark aufkantet obwohl man eine höhere Kraft hätte, um eben im Driften zu bleiben. Das geschieht aber auf ganz natürlichem Weg, nicht weiter wichtig.

Mit dieser Beschreibung über die Physik haben wir eigentlich alles wichtige gesagt und können den aktuellen Lehrplan sowie die Entwicklungen die dazu geführt haben, gut nachvollziehen.

Zusammenfassung

Wichtig an der Stelle ist es noch zu erwähnen dass wir es mit mehrern, positiven Einflussfaktoren zu tun haben. Das bedeutet dass man für die Erlernung durchwegs etwas weglassen kann, um es dem Anfänger eben leichter zu machen. Das ist im Umkehrschluss aber auch die Erklärung warum man nach wie vor so viele Snowboarder mit Gegenrotation fahren sieht. Das geht, aber nur solange die Bedingungen einfach sind. Wird die Piste buckelig oder man sieht wegen Nebel nicht genug, hat man nicht das Mehr an Sicherheit.
Die Videos, bei denen die Arme in Fahrtrichtung gestreckt sind, eine extreme Rotation eingeleitet wird, sind Übungen. Absichtliche Übertreibungen um die Effekte besser zu sehen. Beim richtigen Fahren mache ich diese Dinge ebenfalls, aber wohldosiert und damit nahezu unsichtbar.


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