10. – 13. Schuljahr

Steffen Schiedek

Wie man sich dreht und wendet

Mittels Physik den Rotationsbewegungen im Sport auf der Spur

Viele sportlich herausfordernde Bewegungen stellen aus physikalischer Sicht (nahezu) kräftefreie Rotationsbewegungen dar. Sporttreibende müssen dabei das motorische Ziel erfüllen, die Rotation zu steuern, also die Winkelgeschwindigkeit zu kontrollieren. Dabei kann die Aufgabe einerseits darin bestehen, eine möglichst hohe Winkelgeschwindigkeit zu erreichen (z.B. um beim Eiskunstlauf mehr Pirouetten, beim Turnen mehr Schrauben zu schaffen oder beim Trampolin- bzw. Wasserspringen im Salto „herum zu kommen). Andererseits muss man auch die Geschwindigkeit einer Rotation bewusst verlangsamen können (um z.B. bei den o.g. Sprüngen sicher zu landen).
In einem fächerübergreifenden Ansatz lassen sich sportliche Rotationsbewegungen thematisieren: Dies kann für die Lernenden motivierend sein, denn der Physikunterricht findet dann (auch) in der Sport- oder Schwimmhalle statt. Außerdem lassen sich so physikalische Effekte am eigenen Körper erfahren und/oder mithilfe des neuen Wissens die eigenen sportlichen Bewegungen verbessern.
Dafür bietet es sich an, einige (oder alle) der nachfolgend skizzierten Bausteine aufzugreifen und für die Lerngruppe anzupassen. Für die einzelnen praktischen Erfahrungen und Bewegungen (deren Schwierigkeit sukzessiv ansteigt) wird keine über ein schulisches Niveau hinausgehende Sportlichkeit benötigt. Und falls sich wirklich keine Freiwilligen für Saltoversuche finden lassen, kann man noch immer auf Videos im Internet zurückgreifen.
Beschreibender Zugang
Ausgehend von Videos erfolgreicher Salti oder noch besser von eigenen Versuchen in der Sporthalle gilt es zunächst, die Frage zu beantworten, was zu tun ist, um bei Flugrolle oder Salto vorwärts wirklich „herum zu kommen. Die Lernenden verweisen dabei oft zunächst auf die Körperhaltung: „Man muss sich in der Luft klein machen, damit man besser dreht. Auch der Aspekt der Flughöhe und die damit zur Verfügung stehende Rotationszeit werden genannt.
Ablauf eines Saltos
Eine genauere Betrachtung eines Saltos führt zu folgenden Ergebnissen:
Aus dem schnellen Anlauf heraus erfolgt ein beidbeiniger Absprung im Minitrampolin oder Reutherbrett. Dabei stehen die Füße für den Augenblick des Absprungs still (im Video lässt sich über die Einzelbilder genau nachmessen, wie lange das dauert). Der restliche Körper bewegt sich aufgrund seiner Trägheit weiter nach vorne. Dadurch erfolgt der Absprung zwar allgemein nach oben, die Kraftrichtung zeigt aber nicht durch den Körper in Richtung Kopf, sondern am Körperschwerpunkt vorbei (s. Abb. 1 ; im Video lässt sich das im Standbild erkennen).
Damit erhält der Körper mit dem Absprung ein Drehmoment nach vorne. Entsprechend rotiert der Körper um eine freie Achse in der Nähe des momentanen Körperschwerpunktes (in Abb. 1 senkrecht zur Bildebene). Die Rotation ist aufgrund der Körperstreckung in der steigenden Phase des Sprunges nur langsam.
Nun wird das Trägheitsmoment durch Anhocken verringert, und nach dem Drehimpulserhaltungssatz stellt sich eine viel größere Winkelgeschwindigkeit ein.
Am Ende des Sprunges erfolgt eine Öffnung; über das zugehörige Trägheitsmoment wird ω wieder kleiner. Das bei der Landung noch verbleibende Drehmoment wird durch die Körperspannung beim Stand oder durch einen Schritt ausgeglichen, um nicht nach vorne zu fallen.
Physikalische Betrachtung
Aus den Äußerungen der Lernenden zum Ablauf des Saltos lassen sich die Größen von Drehmoment M, Trägheitsmoment J, Flug- bzw. Rotationszeit t und Winkelgeschwindigkeit ω entwickeln und deren Analogie zu den Größen linearer Bewegungen erkennen (s.a. Tabelle 1 im Artikel „Kreisbewegungen).
Wenn mehrere Videos vorliegen, können die Rotationsgeschwindigkeiten und -zeiten verschiedener Salti oder Schrauben miteinander verglichen sowie ggf. die Drehachsen markiert werden. Hierzu bieten sich beispielsweise kostenlose...

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