Wie man den Reibungskoeffizienten findet: experimentelle Methoden

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Reibung ist der physikalische Prozess, ohne den die eigentliche Bewegung in unserer Welt nicht existieren könnte. In der Physik ist zur Berechnung des Absolutwertes der Reibungskraft die Kenntnis eines speziellen Koeffizienten für die betrachteten Reibflächen erforderlich. Wie finde ich den Reibungskoeffizienten? Dieser Artikel wird diese Frage beantworten.

Reibung in der Physik

Vor der Beantwortung der Frage, wie man den Reibungskoeffizienten findet, ist es notwendig zu überlegen, was Reibung ist und durch welche Kraft sie charakterisiert wird.

In der Physik gibt es drei Arten dieses Prozesses, der zwischen festen Objekten stattfindet. Dies ist die Reibung von Ruhe, Gleiten und Rollen. Reibung tritt immer dann auf, wenn eine äußere Kraft versucht, einen Gegenstand zu bewegen. Gleitreibung entsteht, wie der Name schon sagt, wenn eine Oberfläche über eine andere gleitet. Schließlich entsteht Rollreibung, wenn ein rundes Objekt (Rad, Kugel) auf einer Oberfläche rollt.

Was alle Typen gemeinsam haben, ist die Tatsache, dass sie niemanden hindernBewegung und der Angriffspunkt ihrer Kräfte liegt im Kontaktbereich zwischen den Oberflächen zweier Objekte. Außerdem wandeln all diese Typen mechanische Energie in Wärme um.

Gleit- und Haftreibungskräfte werden durch mikroskopisch kleine Rauhigkeiten auf reibenden Oberflächen verursacht. Darüber hinaus sind diese Typen auf Dipol-Dipol- und andere Arten von Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen zurückzuführen, die reibende Körper bilden.

Die Ursache der Rollreibung hängt mit der Hysterese der elastischen Verformung zusammen, die am Kontaktpunkt zwischen dem rollenden Objekt und der Oberfläche auftritt.

Reibkraft und Reibungskoeffizient

Alle drei Arten von Festkörperreibungskräften werden durch Ausdrücke beschrieben, die die gleiche Form haben. Hier ist sie:

F_t=µ_tN.

Hierbei ist N die Kraft, die senkrecht zur Oberfläche auf den Körper wirkt. Es wird die Unterstützungsreaktion genannt. Der Wert µt_{- wird als Beiwert der entsprechenden Reibungsart bezeichnet.}

Beiwerte für Gleit- und Ruhereibung sind dimensionslose Größen. Dies kann man verstehen, wenn man die Gleichheit von Reibungskraft und Reibungskoeffizient betrachtet. Die linke Seite der Gleichung wird in Newton ausgedrückt, die rechte Seite ebenfalls in Newton, da N eine Kraft ist.

Wie bei der Rollreibung ist der Koeffizient auch hier ein dimensionsloser Wert, jedoch ist er definiert als das Verhältnis der linearen Charakteristik der elastischen Verformung zum Radius des rollenden Objekts.

Es sei gesagt, dass die typischen Werte der Gleit- und Ruhereibungskoeffizienten Zehnteleinheiten sind. Für ReibungRollend entspricht dieser Koeffizient Hundertstel und Tausendstel einer Einheit.

Wie findet man den Reibungskoeffizienten?

Koeffizient µ_{thängt von einer Reihe mathematisch schwer zu berücksichtigender Faktoren ab. Wir listen einige davon auf:}

• Material der Schleifflächen;
• Oberflächenqualität;
• das Vorhandensein von Schmutz, Wasser usw.;
• Oberflächentemperaturen.

Daher gibt es für µ_t keine Formel, sondern muss experimentell gemessen werden. Um zu verstehen, wie man den Reibungskoeffizienten findet, sollte er aus der Formel für F_{t ausgedrückt werden. Wir haben:}

µ_t =F_t/N.

Es stellt sich heraus, dass man zur Kenntnis von µ_{tdie Reibungskraft und die Stützreaktion finden muss.}

Der entsprechende Versuch wird wie folgt durchgeführt:

1. Nehmen Sie zum Beispiel einen Körper und ein Flugzeug aus Holz.
2. H alten Sie das Dynamometer am Körper fest und bewegen Sie es gleichmäßig über die Oberfläche.

Gleichzeitig zeigt das Dynamometer eine Kraft an, die gleich F_{t ist. Die Bodenreaktion ist gleich dem Gewicht des Körpers auf einer horizontalen Fläche.}

Die beschriebene Methode ermöglicht es Ihnen zu verstehen, was der statische und der gleitende Reibungskoeffizient ist. In ähnlicher Weise können Sie µ_{trolling. experimentell bestimmen.}

Ein weiteres experimentelles Verfahren zur Bestimmung von µ_{t ist in Form einer Aufgabe im nächsten Absatz angegeben.}

Problem bei der Berechnung von µt

Der Holzbalken liegt auf der Glasfläche. Durch sanftes Neigen der Oberfläche stellten wir fest, dass das Gleiten des Balkens bei einem Neigungswinkel von 15o beginnt. Wie groß ist der Haftreibungskoeffizient für ein Holz-Glas-Paar?

Wenn der Balken auf einer schiefen Ebene bei 15o lag, dann hatte die Ruhereibungskraft für ihn einen maximalen Wert. Es ist gleich:

F_t=mgsin(α).

Die Kraft N wird bestimmt durch die Formel:

N=mgcos(α).

Durch Anwendung der Formel für µ_{t erh alten wir:}

µ_t=F_{t/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

Durch Einsetzen des Winkels α erh alten wir die Antwort: µ_{t=0, 27.}