Jeder Kontakt zwischen zwei Körpern führt zu einer Reibungskraft. Dabei spielt es keine Rolle, in welchem Aggregatzustand sich die Körper befinden, ob sie sich relativ zueinander bewegen oder in Ruhe sind. In diesem Artikel gehen wir kurz darauf ein, welche Arten von Reibung es in Natur und Technik gibt.
Restreibung
Für viele mag es eine seltsame Vorstellung sein, dass die Reibung von Körpern auch dann existiert, wenn sie relativ zueinander ruhen. Außerdem ist diese Reibungskraft die größte Kraft unter anderen Arten. Es manifestiert sich, wenn wir versuchen, ein Objekt zu bewegen. Es kann ein Holzblock, ein Stein oder sogar ein Rad sein.
Der Grund für das Vorhandensein der Haftreibungskraft ist das Vorhandensein von Unregelmäßigkeiten auf den Kontaktflächen, die nach dem Peak-Trough-Prinzip mechanisch miteinander wechselwirken.
Die Haftreibungskraft errechnet sich nach folgender Formel:
Ft1=µtN
Hier ist N die Reaktion des Trägers, mit der die Oberfläche entlang der Normalen auf den Körper einwirkt. Der Parameter µt ist der Reibungskoeffizient. Es hängt davon abdas Material der Kontaktflächen, die Verarbeitungsqualität dieser Flächen, ihre Temperatur und einige andere Faktoren.
Die geschriebene Formel zeigt, dass die Haftreibungskraft nicht von der Kontaktfläche abhängt. Der Ausdruck für Ft1 ermöglicht die Berechnung der sogenannten Maximalkraft. In einigen praktischen Fällen ist Ft1 nicht das Maximum. Sie ist immer gleich groß wie die äußere Kraft, die den Körper aus der Ruhe bringen will.
Restreibung spielt eine wichtige Rolle im Leben. Dank dessen können wir uns auf dem Boden bewegen und uns mit den Fußsohlen davon abstoßen, ohne auszurutschen. Körper, die sich auf zum Horizont geneigten Ebenen befinden, rutschen aufgrund der Kraft Ft1.
nicht davon ab
Reibung beim Gleiten
Eine weitere wichtige Art von Reibung für eine Person manifestiert sich, wenn ein Körper über die Oberfläche eines anderen gleitet. Diese Reibung entsteht aus dem gleichen physikalischen Grund wie die Haftreibung. Außerdem wird seine Stärke nach einer ähnlichen Formel berechnet.
Ft2=µkN
Der einzige Unterschied zur vorherigen Formel ist die Verwendung unterschiedlicher Koeffizienten für die Gleitreibung µk. Die Koeffizienten µk sind immer kleiner als ähnliche Parameter für die Haftreibung für das gleiche Paar von Reibflächen. In der Praxis äußert sich diese Tatsache wie folgt: Eine allmähliche Erhöhung der äußeren Kraft führt zu einer Erhöhung des Werts von Ft1 bis zum Erreichen seines Maximalwerts. Danach siefällt steil um mehrere zehn Prozent auf den Wert Ft2 ab und wird während der Bewegung des Körpers konstant geh alten.
Koeffizient µk hängt von den gleichen Faktoren ab wie der Parameter µt für die Haftreibung. Die Gleitreibungskraft Ft2 hängt praktisch nicht von der Bewegungsgeschwindigkeit der Körper ab. Erst bei hohen Geschwindigkeiten macht sich eine Abnahme bemerkbar.
Wie wichtig die Gleitreibung für das menschliche Leben ist, zeigt sich an Beispielen wie Skifahren oder Skaten. In diesen Fällen wird der Koeffizient µk durch Modifikation der Reibflächen reduziert. Im Gegensatz dazu zielt das Streuen von Straßen mit Salz und Sand darauf ab, die Werte der Koeffizienten µk und µt.
zu erhöhen
Rollreibung
Dies ist eine der wichtigsten Reibungsarten für das Funktionieren moderner Technik. Es ist während der Drehung von Lagern und der Bewegung der Räder von Fahrzeugen vorhanden. Im Gegensatz zu Gleitreibung und Ruhereibung entsteht die Rollreibung durch die Verformung des Rades während der Bewegung. Diese im elastischen Bereich auftretende Verformung dissipiert durch Hysterese Energie, die sich bei Bewegung als Reibungskraft äußert.
Die Berechnung der maximalen Rollreibungskraft erfolgt nach der Formel:
Ft3=d/RN
Das heißt, die Kraft Ft3 ist, wie die Kräfte Ft1 und Ft2, ist direkt proportional zur Reaktion des Trägers. Sie hängt aber auch von der Härte der Kontaktmaterialien und dem Radradius R ab. Der Wertd heißt Rollwiderstandsbeiwert. Anders als die Koeffizienten µk und µt hat d die Dimension der Länge.
In der Regel fällt das dimensionslose Verhältnis d/R um 1-2 Größenordnungen kleiner aus als der Wert µk. Das bedeutet, dass die Bewegung von Körpern mit Hilfe des Rollens energetisch viel günstiger ist als mit Hilfe des Gleitens. Deshalb wird Rollreibung in allen Reibflächen von Mechanismen und Maschinen verwendet.
Reibungswinkel
Alle drei oben beschriebenen Arten von Reibungserscheinungen sind durch eine bestimmte Reibungskraft Ft gekennzeichnet, die direkt proportional zu N ist. Beide Kräfte sind rechtwinklig zueinander gerichtet. Der Winkel, den ihre Vektorsumme mit der Flächennormalen bildet, heißt Reibungswinkel. Um ihre Bedeutung zu verstehen, verwenden wir diese Definition und schreiben sie in mathematischer Form, wir erh alten:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Der Tangens des Reibungswinkels θ ist also gleich dem Reibungskoeffizienten k für eine gegebene Kraftart. Das bedeutet, je größer der Winkel θ, desto größer die Reibungskraft selbst.
Reibung in Flüssigkeiten und Gasen
Wenn sich ein Festkörper in einem gasförmigen oder flüssigen Medium bewegt, stößt er ständig mit Teilchen dieses Mediums zusammen. Diese Stöße, begleitet von einem Geschwindigkeitsverlust des starren Körpers, sind die Ursache der Reibung in flüssigen Stoffen.
Diese Art der Reibung ist stark geschwindigkeitsabhängig. Also bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten die Reibungskrafterweist sich als direkt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit v, während wir bei hohen Geschwindigkeiten von Proportionalität sprechen v2.
Es gibt viele Beispiele für diese Reibung, von der Bewegung von Booten und Schiffen bis zum Flug von Flugzeugen.
