Das Phänomen der Reibung im menschlichen Leben spielt sowohl eine positive als auch eine negative Rolle. Einerseits wäre ohne seine Anwesenheit keine Bewegung möglich, andererseits treten durch Reibung enorme Energie- und Arbeitsstoffverluste auf. In dem Artikel werden wir aus physikalischer Sicht betrachten, was Reibung ist und wie man den Reibungskoeffizienten findet.
Reibungsphänomen
Reibung ist ein Kontaktphänomen, das in der Kontaktzone zwischen verschiedenen Körpern auftritt und ihrer gegenseitigen Bewegung entgegenwirkt.
In der Bewegungsmechanik von Festkörpern werden drei Reibungsarten unterschieden:
- in Ruhe handeln;
- agieren, während Oberflächen übereinander gleiten;
- durch Rollkörper verursacht.
Ruhereibung tritt auf, wenn wir eine äußere tangentiale Kraft auf eine Oberfläche eines Körpers ausüben, um ihn zu bewegen. Ein markantes Beispiel für Gleitreibung ist das Gleiten von Skiern auf Schnee. Schließlich Reibung beim Rollenzeigt sich, wenn das Rad des Fahrzeugs auf der Straße rollt.
Formel zur Bestimmung der Reibungskraft
In der Physik werden die aufgeführten Reibungsarten bei der Berechnung der einwirkenden Kräfte durch die gleiche Formel beschrieben. Diese Formel sieht so aus:
Ft=µN.
Die Reibungskraft Ft ist gleich dem Produkt aus dem Reibungsbeiwert µ und der Lagerreaktion N. Bei Betrachtung der entsprechenden Reibungsart nur der Wert des Beiwerts µ, was eine dimensionslose Größe ist, ändert sich.
Bei Haftreibungs- und Gleitreibungskräften beträgt der Wert von µ etwa Zehntel einer Einheit. µ hängt von den Kontaktmaterialien, von deren Oberflächenrauheit ab und ist unabhängig von der Kontaktfläche oder der Gleitgeschwindigkeit.
Für die Rollreibung hängt der Koeffizient µ (er wird üblicherweise als CR bezeichnet) von den Elastizitätseigenschaften des Wälzkörpers, von seiner Härte, vom Rollradius und einigem mehr ab Faktoren. Bei den meisten Materialien liegt dieser Rollfaktor in Hundertstel und Tausendstel einer Einheit.
Da es viele Faktoren gibt, die den Wert von µ beeinflussen, gibt es keine eindeutige mathematische Formel für seine Berechnung. Zur Beantwortung der Frage, wie man den Reibungskoeffizienten findet, sollte gesagt werden, dass er experimentell gemessen wird.
Bestimmung des Koeffizienten µ
In diesem Abschnitt betrachten wir am Beispiel der Gleit- und Ruhereibung zwei Möglichkeiten der praktischen Bestimmung des Wertes von µ.
Der erste Weg, um die Frage zu beantworten, wie man den Reibungskoeffizienten findet,besteht darin, eine Stange auf einer horizontalen Ebene zu platzieren, an der ein Dynamometer befestigt ist. Stab und Hobel bestehen aus dem untersuchten Materialpaar, beispielsweise Glas und Holz. Durch gleichmäßiges Bewegen des Stabes bei geh altenem Kraftmesser können Sie die Gleitkraft Ft bestimmen. Ist die Masse m des Stabes bekannt, errechnet sich der Koeffizient µ wie folgt:
µ=Ft / (mg).
Die zweite Methode eignet sich zur Bestimmung von µ für Haftreibung. Dazu müssen Sie eine Stange auf einer horizontalen Ebene platzieren. Dann sollte ein Ende des Flugzeugs langsam angehoben und in einem bestimmten Winkel zum Horizont geneigt werden. Bei einem bestimmten Winkel θ beginnt der Stab, von der Oberfläche abzugleiten. Durch Messung dieses Winkels kann der Reibungskoeffizient µ bestimmt werden aus der Gleichung:
µ=tg(θ).
Die Messung von µ für die Rollreibung beinh altet die Verwendung eines komplizierteren Aufbaus, der als geneigtes Pendel bezeichnet wird. Die Berechnung von µ erfolgt in diesem Fall durch Studium der Bewegungsgleichungen.
