Fred geht zu einer Kreidetafel (alles Stein!) und beginnt, Barnie die Sache zu erklären. (Fred’s Tafelbilder sehen Sie hier)

Kräftegleichgewicht

„Schau auf das Bild oben rechts, da siehst Du, welche Kräfte an einem Rad angreifen, das rollt ohne zu beschleunigen oder abzubremsen. Die Zugkraft Z üben wir aus, das Gewicht W ist das eines Steinblocks. Diese Kräfte greifen an der Nabe an und werden genau kompensiert durch die Normalkraft N, die der Erdboden dem Gewicht entgegensetzt (also ist W=N) und durch die Reibungskraft R. Wir ziehen nämlich so stark, dass die Reibung gerade genau kompensiert wird (sonst würde das Rad schneller oder langsamer). Also ist R=Z. Verstanden?“ Barnie nickt.

Momentengleichgewicht=Hebelgesetz

„Mein überraschendes Resultat vieler Experimente ist nun, dass der Angriffspunkt von Normal- und Reibungskraft nicht genau senkrecht unter der Radnabe liegt, sondern ein bisschen nach vorn, in Bewegungsrichtung, versetzt ist. Das hab ich oben links skizziert. Die kleine Strecke nenne ich mal d, sie ist sehr viel kleiner als der Radradius r.“ Fred holt Luft und beginnt mit dem zweiten Teil seiner Erklärung. “ Die Kräfte versetzen nun das Rad in Drehung. W und Z, die beide genau an der Nabe angreifen, tun das aber nicht, sie erzeugen keine Drehung, nicht wahr?“ Wieder nickt Barnie. “ Man kann sich nun die Wirkung der anderen Kräfte ähnlich wie bei einem Hebel vorstellen. Stell Dir die grüne Linie mal als einen Balken vor, der an der Nabe befestigt ist. Die Kraft R will über den Balken die Nabe im Uhrzeigersinn drehen. Die Kraft N wirkt dem entgegen, denn sie will eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugen. Damit sich diese Effekte gerade ausgleichen, muss das Hebelgleichgewicht gelten“ Barnie kennt das: „Kraft mal Kraftarm gleich Last mal Lastarm. Wie beiner Wippe“. „Genau,“ fährt Fred fort, „also muss R mal r gleich N mal d sein. Schau Dir das genau an, das ist der Knackpunkt. Ich nenne es Momentengleichgewicht.“ „Du denkst Dir schon komische Namen aus, nenn es doch einfach Hebelgesetz,“ wirft Barnie ein. „Ok, Dir zuliebe. Auf der Skizze links unten habe ich noch mal beide Kräfte und ihre Arme hingemalt.

Nun kommt mein Geniestreich“, fährt Fred stolz fort. “ Aus dem Kräftegleichgewicht wissen wir, dass R=Z ist . Nun ist nicht nur Rr=Nd, sondern R=Z=Nd/r=Wd/r. Mit anderen Worten: Um die Reibung von dem Gewicht W zu überwinden, brauche ich nur die Zugkraft Z=(d/r)W. Wenn also r groß genug und d klein genug ist, so dass d/r winzig wird, kann ich die Reibungskraft riesiger Blöcke mit großen Rädern überwinden.“ Barnie schaut verblüfft. „Ist aber komisch, Fred. Was für eine Reibung wirkt denn zwischen Rad und Erdboden?“ „Haftreibung“, „antwortet Fred wie aus der Pistole geschossen, „denn der Auflagepunkt ruht“ „Hä?“ mehr bringt Barnie nicht raus. „Nicht so wichtig“, meint Fred. „Das würde auch zu kompliziert, für die erste Erklärung. Es gibt noch eine Menge in der Grundlagenforschung des Rades zu tun“. 

Die Zukunft der Steinzeit

„Man, Fred. Mir schwirrt der Kopf. Damit wirst Du bestimmt Mitarbeiter des Monats. Aber eine so komplexe Hochtechnologie in die Anwendung zu bringen, wird nicht leicht sein.“ „Ganz richtig“, schmunzelt Fred. „Ich habe mir schon ein kleines Testgelände gemietet, wo ich meine Erfindung zur Anwendungsreife bringe. Dann werde ich selbst Räder in alle Welt liefern.“ „Wo ist denn Deine Teststrecke“, will Barnie noch wissen. „In einem kleinen, steinigen Seitental, da war die Miete günstig. Das Tal nennt sich Silicon Valley, wegen der vielen Steine“.