• Reibung
  • SC
  • 15.04.2022
  • Naturwissenschaft
  • 9
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Hinweis zum Einsatz im Unterricht

Arbeitsplatz

Reibung

Musstest du schon einmal einen schweren Gegenstand schieben? Hast du dich dabei ärgern müssen, dass er sich kaum bewegt? Ja?
Der Grund dafür liegt in der Reibung(skraft).


Wäre es nicht toll, wenn es diese Reibung gar nicht gebe?
Nein, denn ohne die Reibung hätten auch deine Füße keinen Halt und du könntest den Gegenstand überhaupt nicht verschieben.
Ohne Reibung wäre ein Gehen oder sicheres Stehen unmöglich!

Hinweis:

In der Horizontalen kannst du die Normalkraft FN\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{N} mit der Gewichtskraft G\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} G gleichsetzen, in der schiefen Ebene funktioniert das aber nicht!

Die Reibungskraft FR\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R} ist die Widerstandskraft, die sich der Verschiebung eines Körpers auf seiner Unterlage entgegensetzt.
Sie hängt von der Beschaffenheit der Oberfläche des Körpers und der Unterlage ab.

Reibungskraft=ReibungszahlNormalkraft\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} Reibungskraft = Reibungszahl \cdot Normalkraft
FR[N]=μFN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \mu \cdot F_{N}[N]

Reibungsarten:

1. Haftreibung:


Die Haftreibung ist jene Kraft, die ein Körper dem Gleiten (Rutschen) entgegensetzt.
Je rauer die Oberflächen von Körper und Untergrund, desto größer ist der Widerstand gegen das Rutschen, desto größer ist also die Haftreibung.


Merke: Die Haftreibung ist immer größer als die Gleitreibung!

2. Gleitreibung:


Die Gleitreibung ist jene Kraft, die benötigt wird, um einen gleitenden Körper in Bewegung zu halten.


Die Gleitreibung hängt von der Kraft ab, die auf die Reibungsfläche drückt: Doppelte Kraft bewirkt die doppelte Reibung! Die Größe der Reibungsfläche hingegen spielt keine Rolle.

3. Rollreibung:


Rollreibung liegt vor, wenn ein Körper auf einem anderen (einer Unterlage) rollt. Dabei wirkt auf den Körper eine Kraft, die als Rollreibungskraft bezeichnet wird.

Kugellager - dojoe - CC-BY-SA 4.0

Merke: Die Rollreibung ist stets kleiner als die Gleitreibung!


Durch die Verwendung von Kugellagern kann die Gleitreibung vermieden werden.

Typische Reibungszahlen:

Material:

Haftreibungszahl μ0\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} \mu _{0}

Gleitreibungszahl μ\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} \mu

Stahl auf Stahl

0,15

0,1

Stahl auf Eis

0,03

0,015

Holz auf Holz

0,5

0,3

Autoreifen auf...

...trockener Fahrbahn

0,7

0,6

...nasser Fahrbahn

0,5

0,4

...eisiger Fahrbahn

0,1

0,05

Einfache Rechenbeispiele zur Reibung:

Schau dir zunächst die Beispielrechnung an und versuche anschließend, die folgenden zwei Rechenbeispiele eigenständig zu lösen!

Autofahrt:


Ein Auto mit der Masse von 1.200 kg fährt auf der Autobahn. Zunächst ist die Fahrbahn noch trocken, später beginnt es zu regnen. Berechne die Gleitreibung auf trockener bzw. auf nasser Fahrbahn!


1. Schritt: Formel.
FR[N]=μFN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \mu \cdot F_{N}[N]


2. Schritt: Gewichtskraft berechnen!
G[N]=m[kg]g[m/s2]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} G[N] = m [kg] \cdot g [m/s²]
G[N]=1.200[kg]9,81[m/s2]=11.772N\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} G[N] = 1.200 [kg] \cdot 9{,}81 [m/s²] = 11.772 N


Unter der Annahme, dass es sich um eine flachverlaufende Straße ohne Steigung handelt, können wir die Gewichtskraft G\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} G mit der Normalkraft FN\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{N} gleichsetzen.

3. Schritt: Zwischenergebnisse in Formel für die Gleitreibung einsetzen und für trockene Fahrbahn ausrechnen.
FR[N]=0,611.772N\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = 0{,}6 \cdot 11.772 N


Lösung 1:
FR=7.063,2N\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R} = 7.063{,}2 N bei trockener Fahrbahn


4. Schritt: Zwischenergebnisse in Formel für die Gleitreibung einsetzen und für nasse Fahrbahn ausrechnen.
FR[N]=0,411.772N\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = 0{,}4 \cdot 11.772 N


Lösung 2:
FR=4.708,8N\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R} = 4.708{,}8 N bei nasser Fahrbahn

Beispiel 1:

Eine Holzkiste mit einer Masse von 100 kg soll auf einem Holzfußboden geschoben werden. Welche Kraft ist notwendig, um die Haftreibung zu überwinden?
Lösung
For­mel: FR[N]=μ0FN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \mu _{0} \cdot F_{N}[N]

Schritt 1: Ge­wichts­kraft be­rech­nen.
G[N]=m[kg]g[m/s2]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} G[N] = m [kg] \cdot g [m/s²]
G[N]=100[kg]9,81[m/s2]=981N\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} G[N] = 100 [kg] \cdot 9{,}81 [m/s²] = 981 N


Schritt 2: In For­mel Ein­set­zen und aus­rech­nen.
FR[N]=0,5981[N]=490,5[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = 0{,}5 \cdot 981 [N] = 490{,}5 [N]

FR\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R} = 490,5 N

Beispiel 2:

Um die Kiste in Bewegung zu halten, muss die Gleitreibung überwunden werden. Welche Kraft ist dafür notwendig?
Lösung
For­mel: FR[N]=μFN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \mu \cdot F_{N}[N]

Schritt 1: In For­mel Ein­set­zen und aus­rech­nen.
FR[N]=0,3981[N]=294,3[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = 0{,}3 \cdot 981 [N] = 294{,}3 [N]

FR\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R} = 294,3 N


Und jetzt du:

1
Wie liest man den griechischen Buchstaben μ\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} \mu auf Deutsch?
  • Alpha
  • Gamma
  • Rho
2
Welche drei Arten von Reibung haben wir kennengelernt?
Lösung
Haftreibung, Gleitreibung, Rollreibung
3
Welche der drei genannten Reibungsarten hat die größte Kraft, welche die kleinste?
Lösung
Die Haftreibung ist am größten, die Rollreibung ist am kleinsten.
4
Ergänze den Merksatz um den fehlenden Begriff!

Durch die Verwendung von Kugellagern kann die vermieden werden.

5
Wie lautet die richtige Formel für die Reibung?
  • FR[N]=αFN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \alpha \cdot F_{N}[N]
  • FR[N]=γFN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \gamma \cdot F_{N}[N]
  • FR[N]=ρFN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \rho \cdot F_{N}[N]
  • FR[N]=μFN[N]\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} F_{R}[N] = \mu \cdot F_{N}[N]