Wie gleiten Skier?

Die Antwort auf diese Frage scheint einfach: Schnee ist rutschig, deshalb rutschen Skier über den Schnee. Doch schaut man genauer hin – im wörtlichen Sinne –, so wird die Angelegenheit komplizierter. Denn unter dem Mikroskop betrachtet ist die Schneeoberfläche alles andere als glatt. Tatsächlich gleiten Skier auf einem dünnen Wasserfilm über den rauen Schnee. Ein möglichst glatter Ski ist aber trotzdem nicht optimal.

Ole-Einar Bjørndalen beim Skilaufen

Um eine optimale Gleitfähigkeiten bei Rennskiern zu erhalten, wird immer noch viel herumprobiert. Da nimmt der eine Servicemann die anspruchsvollen Latten zwar nicht gerade ins Bett, aber doch mit auf sein Zimmer – sein Kollege dagegen schwört auf eine kalte Nacht im Schnee für die Bretter. Zudem werden die Beläge manchmal sanft poliert, bei Bedarf geht man aber auch schon mal mit der Stahlbürste darüber.

Diese Situation ist nicht nur unbefriedigend für den Hersteller, sie irritiert auch den Forscher. Denn es kann doch nicht sein, dass man nicht durch besseres Verständnis der physikalischen Bedingungen die Gleiteigenschaften von Skiern verbessern kann.

Gerätetests statt Feldversuche

Skibelagtester (Tribometer)

Während man früher für Versuche zumeist irgendwelche Skicracks mehrmals mit verschiedenen Brettern in einem Feldversuch eine Teststrecke runtersausen ließ, arbeitet man in der modernen Forschung etwa am Eidgenössischen Institut für Schnee- und Lawinenforschung in Davos mit einer Testanlage im Kältelabor. Hier können unter kontrollierten Bedingungen die Störfaktoren Mensch, Wind und Wetter eliminiert und gleichzeitig die Datenmenge erhöht werden. Mit einem so genannten Tribometer, einem Drehteller mit einer Eisspur, auf der ein Miniaturski fährt, können die Forscher beispielsweise die Reibung zwischen Ski und Eis exakt bestimmen.

Dabei zeigt sich, dass der entscheidende Faktor beim Gleiten ein Wasserfilm ist, der durch die Reibung zwischen Ski und Schnee entsteht.

Damit überrascht auch der sehr kleine Reibungskoeffizient von bis zu minimal 0,03 bei Skiern nicht. Dieser hängt jedoch stark von den genauen Verhältnissen ab und ist beispielsweise bei kaltem Schnee höher. Denn mit zunehmender Schneetemperatur steigt die Dicke des Wasserfilms an, infolgedessen sinkt die Reibung.

Möglichst wenig Kontakt

Die wilde Struktur der Schneeoberfläche

Trotzdem ist ein reines Wasserbad nicht die optimale Unterlage für Skier. Wie Lukas Bäurle, Materialwissenschaftler an der ETH Zürich, im Rahmen einer Doktorarbeit zeigen konnte, hat nämlich neben dem Wasserfilm auch die wahre Kontaktfläche Einfluss auf das Gleitverhalten. 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 auch weniger Geschwindigkeitsverlust auftritt. Das ist wahrscheinlich auch die Antwort auf die Frage, warum bei manchen Feldtests Damenskier besser abgeschnitten haben als Männerskier: Letztere sind länger und haben folglich eine größer Kontaktfläche.

Der optimale Belag

Doch was heißt das für die Praxis? Bei trockenem, feinkörnigem Schnee, so Bäurles Empfehlung, sollte auch der Skibelag fein strukturiert sein. So lässt sich die Kontaktfläche verringern. Bei altem oder nassem Schnee mit großen Körnern empfiehlt der Forscher dagegen einen gröber strukturierten Belag. Um eine optimale Ski- oder Wachsstruktur zu finden, bedarf es aber noch weiterer Forschungen.