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Tipps vom PhysikerSo gewinnt man die Schneeballschlacht

Wie gewinnt man eine Schneeballschlacht? Physikalisch fundiertes Wissen kann Vorteile verschaffen.

Herr Tolan, kann uns die Physik bei einer Schneeballschlacht überhaupt helfen und wenn ja, wie?

Ja, kann sie. Es geht dabei zum einen um die Beschaffenheit des Schneeballs selbst – und zum anderen um die Wurftechnik.

Dann fangen wir doch mal mit dem Schneeball an.

Der Schneeball darf nicht zu schwer sein, das kennt man vom Kugelstossen. Da wirft man nicht besonders weit, weil die Gravitationskraft zu stark wirkt. Er darf aber auch nicht zu leicht sein. Das wiederum kennt jeder, der schon einmal versucht hat, einen Tischtennisball zu werfen. Hier ist der Luftwiderstand das Problem. Er sorgt nämlich für die Reibungskraft. Die Gravitationskraft darf also nicht zu gross sein, aber sie muss immer viel grösser als die Reibungskraft sein! Und das ist bei einem Schneeball mittleren Gewichts am ehesten der Fall. Um dieses Gewicht, beziehungsweise die richtige Masse und Dichte des Schneeballs hinzubekommen (Masse = Dichte x Volumen), ist es wichtig, dass man ein bisschen Wasser im Schnee hat. Mit Pulverschnee geht es schlechter als mit feuchten, pappigen Schnee, klar. Der hält nicht zusammen und er ist zu leicht. Optimal für Schneebälle ist eigentlich Schneematsch, der schon ein paar Tage liegt. Aber das ist ja leider so eine Sauerei.

Diese Grafik zeigt die Flugbahn des Balls, bestimmt durch Flughöhe und Flugweite zu jedem Zeitpunkt des Flugs. v beschreibt die Abwurfgeschwindigkeit und a den Abwurfwinkel. Ausserdem ist die senkrecht auf den Ball wirkende Gravitationskraft zu sehen und die Reibungskraft, die stets parallel und entgegensetzt der augenblicklichen Bewegungsrichtung wirkt. Ohne Luftwiderstand, also ohne Reibung, würde der Ball in einer völlig symmetrischen Wurfparabel fliegen.

Was sollte man bei der Form des Schneeballs beachten? Ist das Ziel ein perfekt runder Ball?

Die Form hat da einen sehr geringen Einfluss. An sich ist eine stromlinienförmige Tropfenform natürlich am besten. Das hängt wieder mit dem Luftwiderstand zusammen, der dadurch reduziert wird – genauso wie zum Beispiel bei einem Rennwagen. Man müsste es aber dann auch schaffen, den Ball genau in Richtung des Tropfens, also mit der Spitze zuerst, zu werfen. Und selbst dann wäre der Effekt so gering, dass man ihn in einer Experimentsituation wohl messen, aber in einer Schneeballschlacht selbst nicht bemerken würde.

Man kann also den Schneeball zu einem gewissen Grad optimieren. Und dann?

Dann kommt es natürlich auf den Wurf an. Bei einer Schneeballschlacht geht es zum einen darum, möglichst präzise zu werfen, um die Zielperson zu treffen. Und zum anderen darum, möglichst weit zu werfen, um die Zielperson von einem Abstand aus treffen zu können, den diese mit ihren Bällen nicht überwinden kann. In beiden Fällen ist eine hohe Abwurfgeschwindigkeit wichtig. Die lässt den Anfang der Wurfparabel eher zu einer Geraden werden, was die Wurfweite verlängert und präziser macht. Grund dafür ist, dass die Schwerkraft nicht so stark zuschlagen kann und die Streuung geringer wird. Selbst wenn Ihr Ziel nicht so weit von Ihnen entfernt steht, sollten Sie mit so viel Kraft werfen wie möglich. Ein langsamerer Wurf in einem grösseren Bogen macht es dem anderen schliesslich auch einfacher, auszuweichen.

Gibt es neben der Abwurfgeschwindigkeit noch eine andere Grösse, die zu beachten ist?

Ja, der Abwurfwinkel. Auf diese beiden Parameter kommt es bei jedem Wurf an. Geht es darum, ein Ziel zu treffen, muss man, wie gerade gesagt, die Streuung durch eine grösstmögliche Geschwindigkeit minimieren. Wenn es aber darum geht, möglichst weit zu werfen, glauben viele, dass ein Winkel von 45 Grad optimal ist. Das würde auch stimmen, wenn man vorhätte, etwas auf dem Mond zu werfen. Auf der Erde muss man aber die Luftreibung berücksichtigen. Wobei, abhängig von der Beschaffenheit des Wurfgeschosses, ein optimaler Abwurfwinkel von circa 40 Grad herauskommt. Ein grösserer Winkel lässt den Schneeball nur höher, aber nicht weiter fliegen. Bei einem kleineren Winkel trifft er zu schnell auf dem Boden auf.

So sieht der optimale Abschusswinkel für einen Schneeball aus. Diese Grafik und die dazugehörige Formel zeigen den optimalen Abschusswinkel. Dieser hängt vom Parameter E ab, der sich aus Luftwiderstand (ß x v) und der Gravitation (m x g) berechnet. Der optimale Wert von E ist 1. Das heisst, der Winkel, der in dieser Formel zu dem Ergebnis E=1 führt, resultiert in der grösstmöglichen Wurfweite bei gleicher Abwurfgeschwindigkeit.

Wenn es um Luftwiderstand geht, spielt da denn auch der Wind eine Rolle?

Der Schneeball dürfte in der Regel so schwer sein, dass der Wind keinen grossen Einfluss hat. Wenn es jetzt richtig stürmt, ist es natürlich besser, sich mit Rückenwind zu positionieren.

Letzte Frage, die sich aufdrängt: Wann war Ihre letzte Schneeballschlacht, Professor Tolan?

Oh, das ist schon lange her. Ich bin ja Physiker, ich gehe ungern raus.

15 Kommentare
    Jack Vogt

    Gerne hätte ich noch etwas über die Derivation und den Einfluss der Erdrotation erfahren.