Kraftakt

Seit der Zeit von Sir Isaac Newton, also dem 17. Jahrhundert, wissen wir: Der Apfel fällt meist nicht weit vom Stamm, in jedem Fall fällt er nach unten. Aus dem Gesetz der Schwerkraft lässt sich die Beschleunigung ableiten.

Wer im Physikunterricht ein bisschen aufgepasst hat, hat irgendwo im Hinterkopf: Die Beschleunigung ist als
Änderung der Geschwindigkeit in einem bestimmten Zeitraum definiert, a = Dv/Dt. Sprintet ein Motorrad also in drei Sekunden auf 100 km/h (entspricht 27,77 m/s), kommt man nach etwas Rechenarbeit auf eine mittlere Beschleunigung von 8,33 m/s2.

Das Gesetz der Schwerkraft
Damit ist allerdings noch nicht erklärt,
warum ein Gegenstand sich beschleunigt bewegt. Auch diese Frage wurde in einer anderen Physikstunde beantwortet – als
es um eine Grundgleichung der Mechanik ging, die sich Herr Newton 1666 während der mittäglichen Meditation in seinem Garten beim Anblick eines vom Baum fallenden Apfels ausgedacht haben soll: Kraft = Masse x Beschleunigung (F = m x a). Diese Entdeckungsstory stimmt wohl nicht, wohl aber die Formel, mit der Isaac Newton
die moderne Physik begründet hat. Wenn man das Gesetz der Schwerkraft um-
stellt, erhält man a = F/m. Was lernen wir daraus? Ohne Krafteinwirkung keine Beschleunigung. Und bei weiterer Betrachtung wird schnell klar: Wer eine hohe Beschleunigung erzielen will, sollte die Masse möglichst gering halten. Was jeder Fahrer einer schweren S-Klasse kennt, der auf den ersten Metern nach dem Ampelstart Schwierigkeiten hat, einen Smart in die Schranken zu verweisen.

Die Zugkraft
Beim Motorrad liefert der Motor das nötige Drehmoment. Das ist aber leider nicht konstant, sondern leitet sich aus dem Drehmomentverlauf ab. Je nach Motor steht das maximale Drehmoment folglich nur in einem mehr oder weniger schmalen Drehzahlbereich zur Verfügung. Man braucht zwangsläufig ein Getriebe, um den ganzen Geschwindigkeitsbereich abzudecken. Die einzelnen Gänge vergrößern das Dreh-
moment, im ersten Gang steht die größte Antriebskraft zur Verfügung. Multipliziert man das von der Kurbelwelle abgelieferte Drehmoment mit den Übersetzungsverhältnissen von Primärtrieb, Getriebe und Sekundärtrieb und multipliziert das Ergebnis schließlich mit dem Radius des Hin-
terrads, ergibt das in jedem Gang in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eine eigene Kennlinie. Das so genannte Zugkraft Diagramm bildet diese Kennlinien ab und liefert ein sehr gutes Bild über die
bei der jeweiligen Geschwindigkeit zur Ver-
fügung stehende Antriebskraft.

Grenzen der Physik
Nehmen wir an, wir hätten grenzenlos
Power zur Verfügung, könnte ein Motor-
rad dann unendlich schnell starten? Nein, denn die Kraft muss ja auch irgendwie übertragen werden. Wenn das Motorrad von einem Gummiseil katapultiert würde, gäbe es mit der Übertragung kein Problem. In der Praxis muss das Zweirad indes
die gesamte Antriebskraft an der winzigen Kontaktfläche des hinteren Reifens auf
den Boden bringen. Und das gelingt eben nur bis zur Haftungsgrenze des Reifens. Vereinfacht gesagt setzt die Physik hier
bei einem Haftreibungskoeffizienten von
µ = 1 die Grenze. Die übertragbare Antriebskraft könnte demnach maximal so hoch wie die senkrecht wirkende Normalkraft sein. Gehen wir davon aus, dass das gesamte Gewicht auf dem Hinterrad lastet – und das ist beim Beschleunigen eines Motorrads oft der Fall –, kann maximal die Gewichtskraft übertragen werden. Woraus sich nach der Formel a = F/m eine
Beschleunigung von 9,81 m/s2, also exakt
die Erdbeschleunigung g, ergibt. Denn für F muss die Gewichtskraft G eingesetzt werden, die sich aus m x g berechnet.
In der Realität geht es trotzdem noch etwas schneller. Und zwar deswegen, weil es sich an der Kontaktfläche des Reifens nicht um eine einfache Haftreibung handelt, sondern weil dort auch Verzahnungseffekte sowie chemische Aspekte eine
Rolle spielen. Demnach schafft ein Top-Fuel-Dragster mit riesigen Klebe-Reifen eine Beschleunigung von mehreren g, ein normales Motorrad allerdings muss sich mit kaum mehr als einem g »begnügen«.

Das Wheelie-Problem
Der Unterschied zwischen Dragster und Straßenmaschine liegt aber nicht nur im Reifen. Dragster ducken sich aus gutem Grund möglichst flach auf die Straße, und haben Radstände von mehreren Metern und Wheeliebars: Die Massenkräfte, die im Schwerpunkt des Gebildes aus Mensch und Maschine angreifen, bilden einen
Hebelarm um den hinteren Radaufstandspunkt, der das Motorrad drehen will.
Beim Dragster reichen wegen des tiefen Schwerpunkts und der Momentabstützung deshalb Tausende von PS nicht, um das Vorderrad zu entlasten. Bei dem hohen Schwerpunkt einer Enduro genügen dagegen ein paar Dutzend PS für ein Wheelie. Wer schon einmal mit einem Kindercrosser gefahren ist, weiß, dass man sich bereits mit vier PS nach hinten überschlagen kann. Einfach deswegen, weil der Schwerpunkt mit einem erwachsenen Fahrer fast über dem Hinterrad liegt.

Die Fahrwiderstände
Die Formel F = m x a spiegelt nur einen Teil der komplizierten Dynamik eines fahrenden Motorrads wider. Neben der Antriebskraft wirken weitere Kräfte, etwa der Roll- sowie der Luftwiderstand. Da der Luftwiderstand quadratisch anwächst, nimmt die Beschleunigung oberhalb 100 km/h mehr oder weniger rasant ab. Eine KTM 660 SMC muss bei etwa 180 km/h kapi-
tulieren, dann halten sich Antriebskraft und Fahrwiderstände die Waage. Das bedeutet, die Beschleunigung ist bei 180 km/h null, während bei einer ZX-10R dann noch ein hübscher Zugkraftüberschuss verbleibt, um die Maschine voranzutreiben.

Actio = reactio
Das Motorrad beschleunigt nicht nur sich, sondern als Reaktion beeinflusst die Antriebskraft die Erdbewegung. Auch das formulierte bereits Newton in seinem dritten Axiom. Gottlob ist die Masse der Erde derart groß, dass es ihr ziemlich egal ist, ob irgendwo auf der Welt eine Turbo-Hayabusa versucht, sie aus der Bahn zu werfen.

Artikel teilen

Aktuelle Gebrauchtangebote

Alle Artikel