Reibung und Luftwiderstand

Luftwiderstand und Gleitreibung
Die Reibungskraft entsteht an der Berührungsfläche
zweier fester Gegenstände. Sie wirkt entlang der
Kontaktfläche.
• Haftreibung:
• Gleitreibung
• Rollreibung
FR =  * FN
FR …Reibungskraft
FN …Normalkraft
Luftwiderstand und Gleitreibung
Der Reibungskoeffizient  zwischen Ski und Schnee ist
Geschwindigkeitsabhängig und kann nicht als konstant
angenommen werden.
 Bei der Bestimmung des Gleitreibungskoeffizienten
muss im selben Geschwindigkeitsbereich getestet
werden wie beim Rennen.
  liegt im Bereich von 0.01 – 0.03 (Rennski, gute
Schneeverhältnisse)
Luftwiderstand und Gleitreibung
Luftwiderstandskraft
Fw = cw · A ·  · v²/2
.......Dichte des Mediums (Luft ca. 1kg/m³)
cw... Widerstandsbeiwert (Konstante)
A ......angeströmte Fläche
v .......Geschwindigkeit
cw · A ….in der Abfahrtshocke zwischen 0.16 – 0.3 m²
(Skischuhe haben einen großen Einfluss auf cw · A)
Einfache experimentelle Bestimmung der Rollreibung und des
Luftwiderstandes (?)
Versuchsanordnung:
1m
50 m
1m
a) Brower Lichtschranken: Messgenauigkeit 1/1000 s
Anfangs- und Endgeschwindigkeiten:
Einfache experimentelle Bestimmung der Rollreibung und des
Luftwiderstandes (?)
Versuchsanordnung:
1m
20 m
1m
20 m
1m
b) Casio ExF1-Pro 600 Hz mit Bodenmarkierung
(Mitlaufen um exakt die Zeitpunkte bestimmen zu können)
Luftwiderstand und Gleitreibung
Beispiel:
Hangneigung 10,5°
Anfangsgeschwindigkeit 100km/h
TZ1 0,1080s
TZ2 6,4800s
TZ3 0,1080s
 cd*A = 0.4m²
 = 0,0215
Einfluss auf Reibungskoeffizient
 Wind
+/- 0.1 m/s
+/- 0.5 m/s
+/- 1.0 m/s
0.021 0.022
0.017 0.028
0.010 0.033
 schädliche Fläche (cd*A = 0.4 m²)
+/- 0.1m²
0.019 0.026
+/- 0.2m²
0.014 0.030
 Hangneigung (10,5°)
+/- 0.1°
0.019
+/- 0.2°
0.014
0.026
0.030
Luftwiderstand und Gleitreibung
 Wind und schädliche Fläche
Wind +/-0,1m/s
schädliche Fläche +/-0,1m²
0,017 0,028
Die Analyse zeigt den großen Einfluss von Wind,
schädlicher Fläche und Hangneigung auf!
Folgerungen für die Gleitreibungsbestimmung:
- Eine Messung ist nur sinnvoll, wenn kein Wind geht
oder der Wind sehr exakt an mehreren Stellen
gemessen wird.
- Der Testfahrer muss seine Fahrposition exakt
einhalten können.
Aufgabe
- Sinnvolle Messanordnung mit dem Programm „Gleiten_2010“ ermitteln.
- Messanordnung b) verwenden
-
Jeweils 6 Versuche mit
- 2 unterschiedlichen Sportgeräten
- 2 Anfangsgeschwindigkeiten durchführen (z.B. Rennrad Mountainbike).
-  24 Versuche
- Darauf achten, dass das Sportgerät „Betriebstemperatur“ erreicht hat
- Geländeneigung exakt bestimmen (Wasserschlauch)
- Gerades fahren
- cd*A und  mit dem Programm „Gleiten_2010“ ermitteln