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Physik · Mechanik
Haft-, Gleit- und Rollreibung, die Formel FR = μ · FN mit Rechenbeispiel, die schiefe Ebene und was mit der Bewegungsenergie passiert.
Reibung wirkt parallel zur Berührungsfläche gegen die Bewegung (oder den Bewegungsversuch). Sie wächst mit der Normalkraft, nicht mit der Auflagefläche.
FR = μ · FNμ ohne Einheit; FN senkrecht zur Fläche
Die Normalkraft FN drückt senkrecht zur Fläche gegen den Körper, auf einer waagrechten Ebene so stark wie seine Gewichtskraft m · g. Der Reibungskoeffizient μ hängt von den Materialien und ihrer Oberfläche ab (rau, glatt, geschmiert): Gummi auf Asphalt hat ein großes μ, Eis auf Stahl ein kleines.
| Art | Wann | Größe |
|---|---|---|
| Haftreibung | Körper ruht | bis FH,max = μH · FN |
| Gleitreibung | Körper rutscht | μG · FN, konstant |
| Rollreibung | Rad rollt | die kleinste |
Die Haftreibung ist keine feste Größe: Sie gleicht die Zugkraft aus, bis zur Haftgrenze FH,max. Erst darüber rutscht der Körper, und es gilt die kleinere Gleitreibung. Darum musst du einen Schrank mit mehr Kraft losreißen, als du zum Weiterschieben brauchst. Ohne Haftreibung könntest du weder gehen noch etwas greifen.
Rollreibung entsteht, weil sich Rad und Unterlage am Berührungspunkt leicht verformen. Sie ist klein, deshalb gibt es Räder und Kugellager.
Größe der Reibung: Haftreibung (maximal) > Gleitreibung > Rollreibung.
Beispiel, Kiste 20 kg, μH = 0,5, μG = 0,3, g = 10 m/s².
Auf einer schiefen Ebene mit Neigungswinkel α zerlegst du FG in zwei Teile. Senkrecht zur Ebene wirkt FN = FG · cos α, also weniger als FG. Parallel zur Ebene zieht der Hangabtrieb FG · sin α. Der Körper rutscht, sobald der Hangabtrieb die Haftgrenze μH · FN übersteigt, also bei tan α > μH.
Reibung wandelt Bewegungsenergie in Wärme um, die Reibungsarbeit ist W = FR · s. → Ausführlich in: Arbeit und Energie
Beim Gehen schiebt dich die Haftreibung der Sohle nach vorn, auf Eis fehlt sie. Auch ein bremsendes Auto nutzt die Haftreibung des rollenden Reifens. Blockieren die Räder, wirkt nur die kleinere Gleitreibung, darum gibt es ABS.
In Gelenken senkt die Gelenkschmiere (Synovialflüssigkeit) μ stark. Bei Arthrose ist der Knorpel abgenutzt, und μ steigt.
Reibungsmodell
Deine AufgabeVerändere die Zugkraft und finde die Haftgrenze. Prüfe die Reibung genau an dieser Grenze und knapp darüber. Erkläre, warum der Graph danach auf einer niedrigeren Stufe liegt; jeder Wert startet aus Ruhe.
Jeder Reglerwert ist ein neuer Zugversuch aus Ruhe. Annahme: μG = 0,8 μH; Pfeile und Achsen passen sich an.
