Schaukel

Schaukel an einem Baum

Eine Schaukel (niederd. Schukel, bairisch Hutschn, berndeutsch Rytiplampi, zentralschweizerisch Rytiseili) ist ein Hängesitz, mit dem man hin- und herschaukeln kann. Schaukeln stehen häufig auf Kinderspielplätzen und im Garten; es gibt sie auch im Zimmer. Das Schwungholen erfolgt durch Streck- und Beugebewegungen mit den Armen und Beinen oder durch Abstoßen von einem festen Punkt. Es gibt Schaukeln für Kinder und für Erwachsene.

Kultische Bedeutung hatte das altgriechische Schaukelfest (Aiora) in der Zeit der Weinernte.

Physik des Schaukelns

Energiezufuhr beim Schaukeln durch Heben und Senken des Schwerpunkts

Wird eine Schaukel aus ihrer Ruhelage ausgelenkt, pendelt sie einige Male hin und her, bis die Reibungskräfte ihre Bewegung zum Stillstand bringen. Um die Schaukelbewegung aufrechtzuerhalten oder gar zu intensivieren, muss daher von der schaukelnden Person physikalische Arbeit geleistet werden. Ein solches aktives Schaukeln ist im physikalischen Sinne ein getriebenes Pendel. Dabei kommen zwei verschiedene Verfahren der Energiezufuhr zum Einsatz^[1].

Energiezufuhr durch Verlagerung des Schwerpunktes

Krishna auf der Schaukel (indischer Maler um 1755)

Das effektivere der beiden Verfahren besteht darin, den Schwerpunkt des eigenen Körpers während der Passagen des tiefsten Punktes nach oben zum Aufhängepunkt hin zu verlagern und in den Momenten des Stillstandes an den Umkehrpunkten wieder zurück. Dieses Verfahren wird insbesondere beim Schaukeln im Stehen eingesetzt, wobei man an den Umkehrpunkten in die Hocke geht und sich am tiefsten Punkt jeweils wieder aufrichtet. Beim Aufrichten muss dabei Arbeit gegen die Gravitation und die Zentrifugalkraft geleistet werden. Letzteres bewirkt eine Energiezufuhr, die zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit am tiefsten Punkt führt und damit die Pendelbewegung antreibt.

Die Energiezufuhr ist am effektivsten, wenn die Schwerpunktsanhebung genau am tiefsten Punkt erfolgt, weil in diesem Moment die Zentrifugalkraft und damit auch die zu leistende Arbeit maximal sind. In der Praxis genügt es jedoch meist, die Anhebung des Schwerpunkts auf die gesamte Phase der Pendelbewegung von einem Umkehrpunkt zum nächsten zu verteilen. Beim Pendeln im Sitzen geschieht das in der Regel nur während der vorwärts gerichteten Phase der Pendelbewegung, wobei die Person von der Rückenlage in die aufrechte Sitzposition übergeht (siehe Abbildung) und damit den Körperschwerpunkt anhebt. Während der rückwärts gerichteten Phase, wird in der Regel die aufrechte Sitzhaltung beibehalten, so dass keine Energiezufuhr erfolgt.

Diese Umwandlung von verrichteter Arbeit in kinetische Energie durch Massenverlagerung kann physikalisch auch über die Drehimpulserhaltung erklärt werden. Am Tiefpunkt der Pendelbewegung wirken nur Kräfte in Richtung der Drehachse. Der Drehimpuls bleibt daher in dieser Phase für einen Moment nahezu konstant, auch wenn Masse zum Drehpunkt hin verlagert wird. Diese Verlagerung entspricht jedoch einer Abnahme des Trägheitsmoments des Systems. Da der Drehimpuls das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit ist, muss daher die Winkelgeschwindigkeit zunehmen. Die Situation ist vergleichbar mit der des Pirouetteneffekts, bei dem ebenfalls durch Verlagerung von Masse zum Drehpunkt hin eine Beschleunigung der Drehbewegung erzielt wird.

Aus dieser Überlegung folgt auch, dass es am effektivsten ist, das Absenken des Schwerpunkts im Moment des Stillstands auszuführen, da es in jedem anderen Moment über den Pirouetteneffekt der Pendelbewegung Energie entziehen würde. Potenzielle Energie, die beim Absenken des Schwerpunktes im Moment des Stillstandes frei wird, führt nicht zu einer Veränderung der Geschwindigkeit in Richtung der Pendelbewegung und daher auch nicht zu einer Veränderung des maximalen Ausschlags der Schaukel. Das gleiche gilt für die Arbeit, die beim Aufrichten am tiefsten Punkt gegen die Erdanziehung geleistet wird. Das wird insbesondere plausibel, wenn man bedenkt, dass dieses Aufrichten bei einer Schaukel im Stillstand völlig wirkungslos ist.

Energiezufuhr durch Drehbewegung des Körpers

Kinderschaukel

Der Übergang zwischen dem aufrechten Sitzen und der Rückenlage entspricht nicht nur einer Schwerpunktsverlagerung, sondern auch einer Drehbewegung des Körpers mit dem Schaukelbrett in etwa als Drehachse. In der Praxis wird ein großer Teil dieser Drehbewegung am Umkehrpunkt ausgeführt, insbesondere am hinteren. Das Einleiten einer solchen Drehbewegung entspricht der Erzeugung eines Drehimpulses. Da das Pendel am Umkehrpunkt ruht, hat es den Gesamtdrehimpuls Null. Wegen der Drehimpulserhaltung muss daher der Drehimpuls der Körperdrehung durch einen zweiten kompensiert werden. Dafür kommt jedoch nur eine Drehbewegung des Pendels als Ganzem in Frage. Da sie der Körperdrehung entgegengesetzt sein muss, handelt es sich um eine, die die Schaukel am Umkehrpunkt ein Stück anhebt und damit die Pendelbewegung verstärkt.

Dieses Verfahren ist auch beim Schaukeln im Stehen anwendbar. Es ist daher möglich, im gestreckten Stand aktiv zu schaukeln, indem man seinen Oberkörper am vorderen Umkehrpunkt nach vorne und am hinteren nach hinten verlagert, was jeweils einer Drehbewegung des Körpers entspricht. Diesem Antrieb durch Austausch von Drehimpuls zwischen der Körperbewegung und der Schaukel als Ganzem ist es überhaupt zu verdanken, dass man auf einer Schaukel im Ruhezustand ohne Anstoßen durch eine weitere Person eine Schaukelbewegung einleiten kann. Mit dem oben beschriebenen Verfahren einer reinen Schwerpunktsverlagerung ist das nicht möglich.

Gefahren bei einer Kettenschaukel

Immer wieder wird von Versuchen berichtet, mit einer normalen Seilschaukel höher als bis zur Horizontalauslenkung zu schaukeln. Davon ist dringend abzuraten. Im Scheitelpunkt der Auslenkung verharrt die Schaukel kurzzeitig in Ruhe, um dann, der Schwerkraft folgend, zurück zu pendeln. Anders als eine Stange kann ein Seil die Schaukel oberhalb der Horizontalen nicht auf eine Kreisbahn zwingen, die Schaukel fällt einfach nach unten.

Schaukeln als Fahrgeschäfte und im Zirkus

„Die Schaukel“ gemalt 1767 von Jean-Honoré Fragonard

Es gibt auch zahlreiche Fahrgeschäfte auf Volksfesten mit Schaukeln. Hierbei kann der Antrieb entweder durch den Fahrgast (kleine Schiffsschaukel) oder maschinell erfolgen. Der maschinelle Antrieb geschieht häufig elektrisch mit Hilfe eines stationären luftgefüllten Reifens, der an der Unterseite der Fahrgastgondel entlang läuft, sobald diese über ihn fährt. Durch Umschalten der Drehbewegung wird eine Vergrößerung der Schaukelamplitude erreicht.

Im Zirkus hängen Schaukeln frei an Seilen oder Ketten, wie das Schaukel- oder Schwebereck, das Trapez genannt wird. Vergleichbar dem Schleuderbrett, wird auch eine spezielle Schaukelkonstruktion in der Artistik verwendet. Hierbei stehen zwei Personen auf einem Brett, welches als Schaukel aufgehängt ist, an einem Ende des Brettes ist ein flaches, keilförmiges Podest installiert, um einen sicheren Absprung zu ermöglichen. Der Drehpunkt liegt wie bei der Schiffsschaukel, mehrere Meter über dem Brett. Nach dem Aufbau von ausreichend Schwung, springt eine der Personen am höchsten Punkt ab und kann durch Ausnutzen des weiteren Impulses, auf ihrem Weg durch die Luft entsprechende Salti vollführen.

Mehrpendelschaukel

Hugo Kükelhaus hat für sein Erfahrungsfeld der Sinne mehrere Schaukeln entwickelt, um Pendel-Schwingungen körperlich-emotional-sozial erfahrbar zu machen.

• Zeitliche Unterschiede bei Pendelbewegungen zeigt er durch Schaukeln mit unterschiedlichen Längen (Dreizeitenpendel). Mehrere Kugeln sind am selben Querbalken aufgehängt und pendeln untereinander und somit an verschieden langen Seilen. Trotz des unterschiedlich langen Pendelrhythmus gibt es von Zeit zu Zeit Augenblicke, in denen alle drei Kugeln auf genau einer Linie liegen.

• Die Partnerschaukel ist eine Doppelschaukel für zwei sich gegenüber sitzenden Personen, bei der je beide Schaukelketten im oberen Viertel durch Seile mit der gegenüberliegenden Schaukel verbunden sind. Sie bilden so ein gekoppeltes System. Die Schaukelbewegung des einen überträgt sich auf die Schaukelbewegung des anderen. Dadurch wird gegenseitige Abhängigkeit unmittelbar erfahrbar. Die Bewegungsenergie überträgt sich durch die verbundenen Seile von der sich bewegenden Person auf die Schaukel der ruhenden Person, die dadurch in Bewegung versetzt wird und ihrerseits die schaukelnde Person dadurch bremst.

Pendelstein

Der Pendelstein ist ein weiteres Instrument zur Sinneswahrnehmung für Kinder und Erwachsene nach dem Konzept von Kükelhaus. Der freischwingende Gesteinsblock ist an etwa 5 bis 8 Meter hohen pyramidenförmig aufgestellten Balken an einem Stahlseil aufgehängt und bietet eine Sitzfläche für eine Person (bzw. zwei Kinder). Er macht die ruhig-träge Masse und ihre Bewegungsenergie erfahrbar und „versetzt unentrinnbar den Empfindungs-Block aller Mithandelnden in Schwingung. Leben ist Schwingung.“ (Kükelhaus). Eingesetzt werden sie in der Behindertenpädagogik, auf Erfahrungsfeldern oder teilweise auch auf Bewegungsplätzen für Senioren.

Die Schaukelbewegung soll moderat und kreisförmig erfolgen. Die schaukelnde Person konzentriert sich mit geschlossenen Augen auf ihre innere Körperwahrnehmung. Dabei kann es gelingen, die Wahrnehmung der Umwelt bewusst und vollständig auszublenden und nur noch den eigenen Atem zu hören. Medizinisch nachgewiesen ist die beruhigende Wirkung und die Konzentrationsförderung vor allem bei Jugendlichen und bei Behinderten. Die pyramidenförmige Aufhängung des kreisenden Pendels regt außerdem zu esoterischen Sinnbildern von Kraftfeldern an.

Nestschaukel

Sonstiges Schaukeln

Eine Netzschaukel oder ein Schaukelbett oder eine Vogelnestschaukel oder ein Schaukelnetz ist ein Netz, in das sich mehrere Personen setzen können. Auf diesem Netz kann aufgrund einer 4-Punkt-Aufhängung in alle horizontalen Richtungen geschaukelt werden.

Keine Schaukeln im eigentlichen Sinne sind die auch Schaukelsteine genannten Wackelsteine. Es handelt sich dabei um große Gesteinsblöcke, die trotz ihrer Masse leicht beweglich auf ihrer Unterlage balancieren.

Siehe auch

• Hollywoodschaukel
• Kiiking
• Kirchweihschaukel („Kirtahutschn“)
• Oszillator
• Papageienschaukel
• Schaukelgerät
• Schaukelstuhl
• Wippe

Einzelnachweise

1. ↑ P. Gabriel: Physikalische Bewegung von Schwungbewegungen im Alltag, Staatsexamensarbeit 2005, als PDF

Weblinks

 Commons: Schaukel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

 Wiktionary: Schaukel – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Fotos von den Brimham-Schaukelsteinen
• Jearl Walker: How to Get a Playground Swing Going: a First Lesson in the Mechanics of Rotation, science-project.com