Anton-Philipp-Reclam-Gymnasium Leipzig/Kraefte722/Reibungskräfte
Grundlagen
An den Grenzflächen zweier Köper tritt Reibung auf. Beim Fahrradfahren treten z.B. Kräfte zwischen den Reifen und dem Boden auf. Die Größe dieser Kraft ist von Material zu Material unterschiedlich, denn jeder Körper hat andere Oberflächenstruktur. Poliertes Glas ist als Beispiel viel Glatter als Holz oder Stein. Dabei lassen sich die folgenden Reibungskräfte unterscheiden.
Haftreibung FHR
Wenn man einen Körper versucht in Bewegung zu setzen, dann muss man mit einer Zugkraft FZ einen bestimmten Betrag erreichen, um diesen in Bewegung zu setzen. Zugkraft FZ ist jetzt entgegengesetzt der Reibungskraft die die Bewegung verhindert. Die Haftreibungskraft FHR ist das Maximum der Reibungskraft eines ruhenden Körpers.
Gleireibungskraft FGR
Wenn die Zugkraft FZ größer wird als die Haftreibungskraft FHR so wird der Gegenstand in Bewegung versetzt. Man sagt auch er gleitet. Diese Kraft, die das Geiten hemmt, heißt Gleiteibungskraft FGR.
Rollreibungskraft FRR (Fahrwiderstandskraft)
Wenn ein Gegenstand rund ist, so rollt er. Dabei wirkt die Rollreibungskraft FRR. Diese ist allerdings wesentlich geringer als die Haftreibungskraft FHR und die Gleitreibungskraft FGR (siehe Reibungszahlen unten).
Berechnung
Wenn man die Haftreibungskraft FHR berechnen will, so muss man die Normalkraft FN und die Reibungszahl kennen und diese miteinander multiplizieren.
Normalkraft FN
Die Normalkraft FN gibt an, wie stark der Körper auf die Unterlage gespresst wird. Bei horizontalem Untergrund ist die Normalkraft FN gleich der Gewichtskraft FG des Körpers.
Reibungszahlen
Die Reibungszahlen geben, die Größe der Reibung von bestimmten Körpern auf verschiedenen Untergründen kann den Reibungszahlen entnommen werden. Diese benötigt man zur Berechnung und findet sie in jedem gängigem Tafelwerk unter dem Stichwort Reibungszahlen.
Beispiele:
| Stoff | Haftreibungszahl
μHR |
Gleitreibungszahl
μGR |
Rollreibungszahl
μRR |
|---|---|---|---|
| Reifen auf Asphalt (trocken) | 0,8 | 0,5 | 0,02 |
| Reifen auf Astphalt (nass) | 0,5 | 0,3 | — |
| Stahl auf Eis | 0,03 | 0,01 | — |
| Stahl auf Stahl (trocken) | 0,15 | 0,1 | 0,002 |
Übungsaufgaben
Beispielaufgabe
Ein Auto will auf Asphalt losfahren. Das Auto wiegt 1t und wir berechnen jetzt die Haftreibungskraft des Autos!
| ges. FHR
geg. FN = 1t μ = 0,8 |
Lsg.: FHR = FN • μ FHR = 1t • 0,8 FHR = 0,8t |
Du möchtest einen Schlitten auf Eis losziehen. Der Schlitten wiegt 5kg. Berechne die Haftreibung FHR! (!500g) (!1kg) (15g) (!5kg)
Eine Lokomotive wiegt 100t und will mit Stahlreifen an einem sonnigen Tag auf Stahl-Schienen fahren wie hoch ist die Rollreibungskraft FRR? (200kg) (!500kg) (!100g) (!10t)
Bei einem Auto mit einem Gewicht von 1,5 Tonnen blockieren bei Regen die Bremsen, berechne die Gleitreibungskraft FGR! (!2t) (!500g) (!1,2t) (450kg)
