Eine Jülicher Glatteisformel wird Autoreifen verändern

Von: Claudia Schweda
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Reibung trotz Glatteis? Der Jülicher Forscher Bo Persson hat eine Formel für Glatteis gefunden, in die nun die Beschaffenheit von Gummi einbezogen werden kann, um so den optimalen Autoreifen für jede Temperatur zu finden. Foto: stock/MiS
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Bo Persson, Glatteisforscher am Forschungszentrum Jülich. Foto: Schweda

Jülich. Bo Persson ist mit Kälte und Schnee aufgewachsen. Er kommt aus Schweden. Und er mag die Natur. Kein Wunder, dass der 63-Jährige sich als theoretischer Physiker mit Dingen wie Glatteis beschäftigt. Als erster Mensch hat der Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich nun ein mathematisches Modell gefunden, das beschreibt, warum Glatteis wann wie glatt ist.

In der Praxis können seine Berechnungen in die Mischungen von Autoreifen und Schuhsohlen einfließen, damit wir Menschen und unsere Autos weniger stark ins Rutschen kommen.

Persson kennt sich mit Reibung aus. Offensichtlich. Die Papierberge auf seinem Schreibtisch und allen anderen Tischen und Stühlen in seinem Büro – außer seinem Schreibtischstuhl – könnten fast als phyikalischer Beweis für die Reibungskraft zwischen zwei Festkörpern durchgehen. Die Stapel halten jedenfalls. Vielleicht sind die Stapel aber auch dem Umstand geschuldet, dass Persson seit 1980 in Jülich forscht.

Seit 20 Jahren beschäftigt er sich mit Reibung. Ein spannendes Feld. Schließlich ist kein noch so glatt geschliffenes Metall so rutschig wie Eis. Der Reibungswiderstand ist bei allen anderen Materialien immer größer. Es sei denn, man bringt Wasser ins Spiel – wie im Schwimmbad. Fliesen, über die man im trockenen Zustand gefahrlos laufen kann, verwandeln sich mit Wasser in Rutschbahnen.

Diese Beobachtung macht Persson zur Grundannahme, auf der sein Modell basiert. Seine Vermutung: Dort, wo Menschen oder Reifen mit Eis in Berührung kommen, könnte eine minimale Schicht angetautes Eis an der Oberfläche, also Wasser, vorliegen. Vielleicht sind es nur Nanometer, wenige Atome, die angetaut sind. „Das würde genügen“, sagt Persson, um die Reibung erheblich herabzusetzen. Tritt jemand auf dieses Eis, gleiten diese Atomlagen übereinander – und wir gleiten mit. Das Eis ist glatt. Wir rutschen aus.

Wissen kann er nicht, was genau an der Oberfläche vor sich geht. „Das große Problem bei allen Theorien zur Reibung ist, dass man die Reibungsfläche selbst nur sehr schwer untersuchen kann“, sagt Persson. Die Stelle, an der sich zwei Flächen berühren, bleibt dem Wissenschaftler verborgen. Persson also rechnete; mit bekannten Eigenschaften und Ergebnissen von Experimenten anderer Forscher. Das ist alles andere als einfach. Viel Kopfarbeit, „basierend auf einigen Kenntnissen“, sagt Persson mit charmanter Untertreibung und lächelt verschmitzt.

Wenn Persson seine Forschungen erklärt, hat er nicht nur eine gewisse Namensähnlichkeit zu Pettersson, dem gutmütigen, etwas schrulligen, aber nicht minder sympathischen Mann an der Seite des Chaos-stiftenden Katers Findus in unzähligen Bilderbüchern, der ein unermüdlicher Tüftler und Erfinder ungewöhnlicher Apparate ist. Der reale Persson tüftelt auch – aber in der Theorie. Er rechnet mit Reibungswiderständen, Materialkonstanten oder Viskosität. Ein Zufallsfund sei sein mathematisches Modell jedenfalls nicht gewesen. Anders als sein Geistesblitz, den er vor vielen Jahren bei seiner Theorie hatte, mit der heute der Kontakt zweier elastischer Festkörper mit rauer Oberflächen berechnet wird. Aber das ist eine andere Geschichte.

Perssons Glatteisgleichung ergibt nun die Reibungskraft von Eis je nach Gleitgeschwindigkeit und Temperatur. Die Glätte ist exakt berechenbar geworden. Nun arbeitet er daran, die Beschaffenheit von Gummi in seine Berechnungen einzubeziehen. Weicheres Gummi entwickelt eine höhere Reibungskraft. Das ist schon heute bekannt – weswegen Winterreifen weicher sind als Sommerreifen. Doch die Persson-Formel kann nun die optimale Gummimischung für jede Temperatur bestimmen. Das Ergebnis könnte sein, dass Menschen in den Alpen dauerhaft mit anderen Reifen fahren als wir im Flachland. Oder, wie Persson es sagt: „Menschen in Sibirien brauchen wohl andere Reifen als wir.“

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