Anton-Philipp-Reclam-Gymnasium Leipzig/Kraefte744/Reibungskräfte

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Reibungskraft

Definition

Die Reibungskraft ist eine Kraft, die zwischen den Oberflächen von zwei sich berührenden Körpern wirkt. Reibung entsteht dann, wenn zwei Körper aufeinander liegen, gleiten oder rollen.

Unter dem Mikroskop erkennt man dass Oberflächen nie komplett glatt sind >> Körper verhaken sich. Je rauer die Oberfläche ist, desto mehr Kraftaufwand wird benötigt.

Reibungskraft wirkt entgegen der Bewegung.


Formelzeichen: F

Einheit: N (Newton) oder J (Joule)

Messgerät: Federkraftmesser


Reibungskraftarten
Holzklotz auf ebenen Holzboden(Haftreibungskraft)

Haftreibungskraft(FHR):

- Kraft wirkt zwischen zwei zueinander ruhenden Körpern

- Zugkraft (FZ) </= Haftreibungskraft (FHR)


Gleitreibungskraft(FGR):

- Kraft wirkt zwischen zwei zueinander bewegten Körpern

Holzklotz auf ebenen Holzboden(Gleitreibungskraft)

- Zugkraft (FZ) > Gleitreibungskraft (FGR)


Rollreibungskraft(FRR):

- Kraft wirkt beim Abrollen eines Wälzkörpers

- Zugkraft (FZ) > Rollreibungskraft (FRR)


MERKE:

Holzrad auf ebenen Holzboden(Rollreibungskraft)

Ruhestand = Haftreibungskraft

Bewegung = Gleitreibungskraft

Wälzbewegung = Rollreibungskraft


Berechnung 

FR= µ x FN  (Reibungskraft = Reibungskoeffizient x Normalkraft)

Beispielaufgabe

Tim zieht ein 20kg schweres Aluminiumkomplettrad über eine ebene trockene asphaltierte Straße.

1. Wie hoch ist die Haftreibungskraft?

2. Wie viel Kraft muss er anwenden, um das Rad zum Rutschen/Gleiten zubekommen?

3. Wie viel Kraft braucht man um das Rad zum Rollen zu bringen?

Ges.: Kraft in N

Geg.:

- Ebene Fläche

- Reifen auf trockenen Asphalt ( µHR = 0,8 / µGR = 0,5 / µRR = 0,02 ) [Koeffizient bei ebener Fläche im Formelsammlung Seite 76.]

FG = M x 10 = 20 kg x 10 = 200N

200N ( FG) = 200N (FN)

Lösung:

  1. FHR = µH x FN = 0,8 x 200 N = 160 N
  2. FGR = µGR x FN = 0,5 x 200 N = 100 N
  3. FRR = µRR x FN = 0,02 x 200 N = 4 N


Übungsaufgaben

1.Ein Stapel Stahlplatten liegt auf dem Tisch.

Eine Stahlplatte wiegt 500g. Wie hoch ist die ist Haftreibungskraft, wenn der Stapel aus 12 Platten besteht?


2.Die Haftreibungskraft einer Holzhütte auf Holzgrund ist 1.980 N (Newton).

Wieviel wiegt die Holzhütte? Wie viel Kraft brauche ich um sie in Bewegung zu halten / weiter zu schieben?


Zusatz:

Was bewirkt ein Spanngurt bei der Palette auf der Ladefläche eines LKWs ?

Lösung

1.

ges.: Haftreibungskraft (N)

geg.: M (Masse) = 500g x 12

Reibungszahl Stahl auf Holz (µ) = 0,6

Lösung:

500g x 12 = 6000g = 6 kg

FG= 6kg x 10 = 60 N

FN= 60 N

FHR= µHR x FN = 0,6 x 60 N = 36 N


2.

ges.: M (Masse) in kg,

FGR (N)

geg.: FHR = 1980 N

Lösung:

I.)

FG = µ x FN I /µ

FG / µ = FN =1980 N / 0,6 = 3300N

FN = M x10 I / 10

FN / 10 = M = 3300N / 10 = 330 Kg

II.)

FGR = µGR x FN = 0,35 x 3300 N = 1155 N

Antwort: Um die 330kg schwere Holzhütte in Bewegung zu halten benötigt man 1155 N.

Zusatz: Das Spanngurt erhöht den Anpressdruck der Palette auf der Ladefläche und erhöht damit die Haftreibungskraft zwischen der Palette und der Ladefläche.


Schülerexperiment

Material

- Federkraftmesser (Fzmax = 3 N )

- Holzklotz ( FG = 30 g = FN = 0,30 N)

- halbvolle Duftsanddose ( FG= 455 g = FN = 4,55 N )

- Holzbalken (geschliffen, unlackiert)

Verlauf

- Duftsand auf Holklotz stellen = FN = 0,30N + 4,55 N = 4,85 N)

Holzklotz über Holzbalken von der Seite

- gleichmäßig mit Federkraftmesser (FZ) über Holzbalken ziehen = FGR

Holzklotz über Holzbalken von oben



Beobachtung

- bleibt bis Fz 1,45 N haften = FHR

- sobald es gleitet sinkt die Fz auf 1,30 N = FGR


Berechnung

ges: Reibungkoeffizient (µHR / µGR)

geg: FHR = 1,45 N

FGR = 1,30 N

FN = 4,85 N


Lösung:

FHR = µHR x FN I :FN

FHR / FN = µHR

1,45 N / 4,85 = 0,30


FGR = µGR x FN I :FN

FGR / FN = µGR

1,30 N / 4,85 N = 0,27

Antwort: Bei einem geschliffenen, unlackiertem Holzuntergrund beträgt der Haftreibungskoeffizient 0,30 und der Gleitreibungskoeffizient 0,27.

Quellen

- Wissen: studyflix.de, Formelsammlung

- Video + Bilder: Eigenproduktion