Wir ziehen einen Holzquader mit einer Federwaage gleichförmig über eine waagrechte Unterlage. Die Federwaage zeigt dabei eine gewisse Kraft an. Da der gleitende Körper keine Beschleunigung aufweist, muss die Federkraft gerade die Reibungskraft kompensieren. Wir machen folgende Experimente:
• Wir ziehen den Quader mit verschiedenen Geschwin-digkeiten mehrmals über die Unterlage. Die
Reibungskraft ist nahezu ...
von der Geschwindigkeit.
• Wir wechseln die Berührungsfläche und ziehen den Quader erneut über die Unterlage. Die Reibungskraft ist fast ... von der Grösse der Berührungsfläche!
• Wir belasten den Quader mit Gewichtsstücken und ziehen ihn wiederum über die Unterlage. Die Reibungskraft ist umso ..., je grösser die Anpresskraft mit welcher der Quader gegen die Unterlage gedrückt wird, d.h. je grösser der Betrag der Normalkraft ist.
• Wir ziehen den Quader über unterschiedliche Unterlagen. Die Reibungskraft ist stark
... von der Beschaffen-heit der Unterlage.
Die Reibungskraft FR ist ……… zur Normalkraft FN und hängt von der ……… ab.
FR = ……… mit der ……… R
Die Reibungszahl R hängt stark von den Oberflächen der Unterlage und des Körpers ab. Sie muss experimentell bestimmt werden (vgl. Tabelle). Die Reibungszahl hat keine Einheit. Wir unterscheiden Gleit- und Rollreibung.
Für den Haftkoeffizienten µH und den Gleit- µGR und den Rollreibungskoeffizienten µRR gilt:
µH ... µGR ... µRR
Struktur einer rauhen Oberfläche: Die Reibungskraft hat ihre Ursache in der Verzahnung, welche die Oberflächen-strukturen bei der Berührung erfahren, und hängt daher stark von der Oberflächen-beschaffenheit ab.
In Kugellagern tritt statt der Gleitreibung die wesentlich geringere Rollreibung auf.
Aufgabe 66: Du willst die Möbel deines Zimmers umstellen und musst deshalb den Kleiderschrank verschieben.
a) Weshalb ist es sinnvoll, den Schrank vorher zu entleeren?
b) Welche Kraft musst du zu Beginn aufwenden, wenn der leere Kleiderschrank 24 kg schwer ist und die Haftkoeffizient 0.80 beträgt?
c) Die Erfahrung zeigt, dass die benötigte Schubkraft abnimmt, sobald der Kleiderschrank in Bewegung ist. Wie erklärst du dir das?
Aufgabe 67: Kann die Reibungszahl grösser als 1 werden? Was würde das bedeuten und wo könnte eine so grosse Reibungszahl allenfalls auftreten?
Aufgabe 68: Das ABS-System verhindert, dass die Autoräder beim Bremsen blockieren. Um dies zu erreichen, werden die Bremsen in rascher Abfolge immer wieder gelöst. Weshalb ist diese Einrichtung sinnvoll? Du weisst vermutlich, dass die Kontrolle des Fahrzeugs stark von der Haftung auf der Strasse abhängt.
Aufgabe 69: Die doppelstöckigen IC-Wagen werden von einem Triebfahrzeug gezogen. Ohne Reibung könnte der Zug gar nicht anfahren.
a) Erläutere die unterschiedlichen Wirkungen der Haft- und Rollreibung an den Rädern der Lok bzw. der Waggons beim Anfahren.
b) Unter welcher Bedingung kann der Zug auf waagrechter Strecke anfahren?
Aufgabe 70: Nehme einen Besen und lege den Besenstiel waagrecht auf die beiden Zeigefinger bei vorgestreckten Armen (siehe Ab-bildung). Es spielt keine Rolle, an welcher Stelle du zu Beginn die Zeigefinger hinhältst, wichtig ist nur, dass der Besen auf deinen Zeigefingern liegen bleibt, ohne dass du ihn speziell halten musst. Bewege nun deine Zeigefinger langsam gegeneinander, bis sie zusammentreffen. Du darfst dabei sogar die Augen schliessen. Falls du die Bewegung nicht zu ruckartig tust, bleibt der Besenstiel immer im Gleichgewicht. Erkläre die Bewegung, die der Besen macht.
Aufgabe 71: Welche maximale Kraft kann der Motor eines 950 kg schweren Fahrzeugs mit den Pneus auf eine trockene Strasse ( = 0.7) übertragen, wenn 60 % der Gewichtskraft des Fahrzeugs auf der betriebenen Achse wirkt? Was passiert, wenn diese Kraft überschritten wird?
Aufgabe 72: Ein Wagen der Masse 400 kg soll auf horizontaler Unterlage mit 0.5 m/s2 beschleunigt werden, wobei die Rollreibungszahl 0.06 beträgt. Welche Kraft ist dazu erforderlich?
Aufgabe 73: Ein Körper (9 kg) wird auf horizontaler Unterlage aus dem Stillstand durch eine Kraft von 4 N angezogen und legt in 6 s einen Weg von 1.8 m zurück. Wie gross ist die
Aufgabe 74: Zur Verlegung von Bodenleitungen in ländlichen Gebieten werden häufig grosse Trak-toren verwendet, die die Rohre mit einer Art Pflug direkt in den Boden einziehen. Die ganzen Grabarbeiten entfallen, doch müssen sehr grosse Kräfte aufgebracht werden, um diesen Pflug gegen den Widerstand des Erdreiches vorwärts zu ziehen. Manchmal müssen zwei Traktoren hintereinander gehängt werden. Der eine Traktor habe eine Masse m1 = 2.8 t und der andere eine Masse m2 = 4.5 t. Der
Haftkoeffizient zwischen Reifen und Gelände ist ungefähr H = 0.85. Mit welcher Kraft kann der Verlegepflug maximal gezogen werden?
Aufgabe 75: Auf horizontaler Unterlage liegt ein Körper der Masse 3 kg. 6 s lang wirkt nun eine horizontal gerichtete Kraft von 6 N bei einer Reibungszahl von 0.1 auf denselben.
a) Welchen Weg legt der Körper in den ersten 6 s zurück?
b) Wie weit gleitet er nachher noch?
Aufgabe 76: Ein Geschoss von 40 g dringt mit 0.6 km/s in einen Erdwall ein und bleibt dort nach 60 cm stecken. Welche mittlere Bremskraft hat die Erde auf das Geschoss ausgeübt?
Aufgabe 77: Ein Zug besteht aus Lok und zwei Wagen à 20 t, fährt auf horizontaler, gerader Schiene mit 0.4 m/s2 Beschleunigung bei einer Reibungszahl von 0.005. Berechne die Kraft in den einzelnen Kupplungen.
Aufgabe 78: Ein Curling-Stein wird auf einer hori-zontalen Eisfläche mit 4 m/s fortgestossen. Wie weit gleitet er bei einer Reibungszahl von 0.02?
Für was wir der Besen beim Curling verwendet?
Aufgabe 79: Wie gross ist die Anfangsgeschwin-digkeit eines Fahrzeuges, das auf horizontaler Strasse nach 40 m infolge der Reibung zum Stillstand kommt (Reibungszahl 0.25)?