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FFFFFF −=µ= rr Reibung

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Academic year: 2021

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Reibung

Innere Reibung oder Viskosität:

Unter Viskosität versteht man das Auftreten von Tangentialkräften, die einer Verschiebung von Teilchen einer Flüssigkeit oder eines Ga- ses relativ zueinander entgegenwirken.

Äußere Reibung:

Als äußere Reibung bezeichnet man eine Wechselwirkung zwischen Körpern, die an der Berührungsfläche (bzw. an den Stellen der Berüh- rung) auftritt und einer gegenseitigen Verschiebung entgegenwirkt.

Gegenstand der folgenden Betrachtungen ist die äußere Reibung.

Haftreibung:

Haftreibung tritt zwischen relativ zueinander unbewegten Körpern auf. Soll ein Körper relativ zu einem anderen verschoben werden, muss eine Schwellkraft r

aufgewendet werden:

FHS

FrT

FrN

Das Coulombsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen

r r

der Schwellkraft , der Normalkraft und dem Haftreibungskoef- fizienten µ

FHS FN

H sowie der angreifenden Tangentialkraft : FrT

r r

T T HS

HS N

H

HS

F

F F

F F

F = µ = −

(2)

T T HS

HS N

H

HS

F

F F

F F F

r r

= µ

=

• Falls ,FrT FrHS

≤ so gilt nach dem Prinzip actio = reactio: FrH FrT

=

• Falls , so errechnet sich die Haftreibungskraft nach dem Coulombschen Gesetz. Dieses Gesetz ist insofern wichtig, als es gestattet, die maximal mögliche Haftreibungskraft auszurechnen.

r r

HS

T F

Fr r

=

• Falls , so wird sich der Körper bewegen. In diesem Fall treten andere Reibungsphänomene auf, z.B. Gleitreibung oder Rollreibung.

HS

T F

F ≥

Der Betrag der maximalen Haftreibungskraft hängt von der Normal- kraft r (häufig, jedoch nicht generell mit dem Gewicht G identisch) und von den Eigenschaften der sich berührenden Flächen ab – ausge- drückt durch µ

FN

H. Der Haftreibungskoeffizient ist bestimmt von der Rauhigkeit der Oberflächen, den Wechselwirkungskräften zwischen den Oberflächenatomen (insbesondere bei sehr glatten Flächen) sowie von den Eigenschaften des Mediums zwischen den Flächen (etwa Luft, Wasser oder Öl).

Die Richtung der Haftreibungskraft ist der Richtung der angreifenden Kraft entgegengesetzt:

T T N H

HS

F

F F F

r r

µ

=

Die letzte Formel beinhaltet sowohl Betrag als auch Richtung der ma- ximalen Haftreibungskraft.

(3)

Experimentelle Bestimmung des Haftreibungskoeffizienten

α

G r F r

N

F r

T

Im Experiment wird der Neigungswinkel solange vergrößert, bis die Hangabtriebskraft (Tangentialkraft) gleich der maximalen Haftrei- bungskraft ist. Es gelten folgende Beziehungen:

mg G =

α

= α

= G cos mg cos F

N

α

= mg sin F

T

Beginnt der Körper zu rutschen, so gilt gerade Gleichheit zwischen den Beträgen von Hangabtriebskraft und Haftreibungskraft:

H N

HS N

T

F tan F

cos sin F

F = α = =µ

α

= α , also

tan α = µ

H

(4)

Gleitreibung:

Beim Gleiten eines Körpers wirkt die Gleitreibungskraft . Die Gleitreibungskraft ist kleiner, als die Haftreibungskraft:

FrG

H

G

F

F r r

<

Für die Gleitreibung gilt ein zur Haftreibung analoges Gesetz:

 

 

 µ 

= v

F v

F r

G G N

r

Die Richtung der Gleitreibungskraft hängt vom Bewegungszustand des Körpers ab. Sie ist der momentanen Geschwindigkeitsrichtung entgegengerichtet, hängt jedoch bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht vom Geschwindigkeitsbetrag ab. Für hohe Geschwindigkeiten gilt dieses Gesetz jedoch nicht mehr. Die Reibungskraft wird dann ab- hängig vom Betrag der Geschwindigkeit. Der Betrag des Gleitrei- bungskoeffizienten µG ist kleiner, als der Betrag des Haftreibungsko- effizienten µH.

Der Gleitreibungskoeffizient kann experimentell z.B. aus dem Gleit- weg s eines sich mit der Anfangsgeschwindigkeit v0 bewegenden Kör- pers bestimmt werden:

Da die Beschleunigung beim Wirken der Gleitreibung kon- stant ist, gelten folgende Beziehungen:

m / F ar = rG

g a a

2

s v G

2

0 =µ

=

Daraus ergibt sich ein Bremsweg von:

g 2 0

g 2 s v

= µ

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