Reibung

2.5. Reibungskräfte zwischen festen Körpern
• Die Reibung ist wichtig für viele Bewegungsabläufe.
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Ohne Reibung könnte man nicht laufen, fahren, bremsen.
Reibung bei Bewegung(en) in Flüssigkeiten und Gasen bezeichnet man als innere Reibung.
Reibung zwischen festen Körpern heißt äußere Reibung.
Die mit der äußeren Reibung verbundenen mikrophysikalischen Vorgänge sind äußerst
kompliziert.
• Was geschieht auf nanoskaliger und atomarer Ebene?
• Hier sollen nur phänomenologische Beziehungen betrachtet werden; diese sind oft nur
näherungsweise gültig.
• Die Newton‘schen Axiome 1 und 2 sind Idealisierungen; im täglichen Leben beobachtet man
anderes.
• Nach dem Trägheitsprinzip sollte ein auf waagerechter Ebene rutschender Körper seine
Geschwindigkeit für immer beibehalten. Tatsächlich kommt der Körper aber früher oder
später zur Ruhe.
•Nach dem Aktionsprinzip sollte eine beliebig
kleine Kraft einen Körper in Bewegung setzen
können. Ist jedoch Reibung mit im Spiel, dann
vermag eine beliebig kleine Kraft keineswegs
den Körper zu bewegen bzw. zu beschleunigen.
2.5.1. Haftreibung
• Ein Körper haftet auf seiner Unterlage. Es gibt nie ganz glatte Oberflächen,
sondern immer mikroskopische Verhakungen.
• Kräfte, die kleiner sind als die Haftreibungskraft, lassen den Körper in Ruhe, siehe
dazu Skizze an der Tafel bzw. in der Skripte.
• Der Körper „antwortet“ in diesem Falle nach dem Gegenwirkungsprinzip mit
einer gleich großen Gegenkraft (actio = reactio).
• Experimente: - Haftreibung unabhängig von der Größe der Auflagefläche
- Haftreibung ist proportional zur Normalkraft
• Experimente: - Klotz auf Wagen auf geneigter Ebene
- Schüttkegel aus verschiedenen Materialien
Der Haftreibungskoeffizient ist spezifisch für bestimmte
Stoffpaarungen und Oberflächen
• Stahl / Stahl
0,5 (trocken)
0,1 mit Ölschmierung
• Glas / Glas
0,9
• Eis / Eis (bei -10 °C)
0,3
2.5.2. Gleitreibung
• Nach Überwindung der Haftreibung gleitet der Körper mit der
Geschwindigkeit v.
• Dazu bedarf es der Kraft F, um diese Geschwindigkeit aufrecht zu
erhalten.
• Die ihr entgegengesetzt gerichtete und betragsmäßig gleich große,
von der Reibung herrührende Kraft heißt: Gleitreibungskraft.
• Die Richtung von Reibungskräften ist immer entgegengesetzt zur
Bewegungsrichtung des Körpers.
2.5.3. Rollreibung
• Ohne Haftreibung könnte ein Rad auf seiner Unterlage nicht rollen,
sondern nur gleiten.
• Die Rollreibung hat ihre Ursache in der Deformation von Rad und
Unterlage an der Kontaktstelle; beide sind keine ideal festen starren
Körper.
• Mitunter berücksichtigt man, dass die Rollreibung vom Radius des
Rades abhängen muss. Bei gleicher Normalkraft drückt sich ein
kleines Rad tiefer in die Unterlage als ein großes (siehe Traktor).
• Die die Bewegung hemmende Reibungskraft muss also für ein kleines
Rad größer sein.
Zur Rollreibung
• Eine relativ gute Annäherung an die praktische Realität gelingt mit
einer entsprechend aufgestellten Beziehung.
• Beispiele:
Autoreifen auf Asphalt: 0,025
Stahl auf Stahl:
0,003 l = 0,0005 m
2.5.4. Seilreibung
• Experiment zur Seilreibung an einer Rolle