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Vektordarstellung der Schubkraft auf einen Block, die entsteht, weil eine Zugkraft auf ihn einwirkt und ein Schubwiderstand auftritt. Das normale Kraft und Schwere sind ebenfalls angegeben.

Reibung ist das Phänomen in der Physik, bei dem Widerstand auftritt, wenn zwei Oberflächen gleiten aneinander vorbei, während sie gegeneinander gedrückt werden. Reibung kann zu Verformungen und Wärmeentwicklung führen. Reibung kann mit Gewalt überwunden werden. Die Gegenkraft stellt die Querkraft zwischen den beiden Flächen dar. Die Querkraft führt wie jede Leistung zu einer "Beschleunigung". Da die Querkraft immer entgegen der Bewegungsrichtung wirkt, führt Reibung immer zu einer "negativen Beschleunigung", dh: verzögern. Ein bewegtes Objekt, das nur Reibung und keine anderen Kräfte erfährt, bewegt sich daher immer langsamer bis zum Stillstand.

Manchmal wird Reibungskraft oder Widerstandskraft fälschlicherweise als Scherkraft bezeichnet.

Größe der maximalen Scherkraft

Ein Block ruht auf der Oberfläche, dieser Block wird gezogen, so dass er eine Geschwindigkeit v relativ zu dieser Oberfläche erhält. In dieser einfachsten Model bei Reibung ist der Betrag der maximalen Querkraft proportional zu der Kraft, mit der die Flächen gegeneinander gedrückt werden (de normale Kraft); die Proportionalitätskonstante heißt Reibungskoeffizient der Schnittstelle. In Formelform:

${displaystyle F_{s}=mu_{w}F_{n}}$,

mit

• ${displaystyle F_{s}}$: die Scherkraft;
• ${displaystyle F_{n}}$: die Kraft senkrecht zur Oberfläche (de normale Kraft);
• ${displaystyle mu_{w}}$: der Reibungskoeffizient.

Der Reibungskoeffizient ist a (dimensionslos) Zahl, die den Reibungsgrad zwischen zwei Körpern angibt.

Die Schubkraft ist in der Regel der Verschieberichtung entgegengesetzt. Wird beispielsweise ein Stuhl nach rechts geschoben, übt der Boden auf dem Stuhl eine Kraft nach links aus. Diese Richtungsabhängigkeit lässt sich formal wie folgt beschreiben:

${displaystyle {vec {F_{s}}}=-{frac {vec {v}}{|v|}}mu _{w}F_{n}}$,

mit

• ${Anzeigestil v}$: Relativgeschwindigkeit zwischen beiden Oberflächen;
• ${displaystyle F_{s}}$: die Scherkraft;
• ${displaystyle F_{n}}$: die Normalkraft;
• ${displaystyle mu_{w}}$: der Reibungskoeffizient.

Die Kraft, die ausgeübt werden kann, um den Block im Gleichgewicht zu halten, ist jedoch größer, nämlich ${displaystyle mu_{s}F_{n}}$. Bei welchem ${displaystyle mu_{s}}$ (der statische Reibungskoeffizient) ist größer als ${displaystyle mu_{w}}$.

Coulombsche Reibung (ebenfalls Trockenreibung ) ist das einfachste, aber keineswegs das einzige Reibungsmodell.Viskose Reibung (oder Nassreibung) bringt explizit die GeschwindigkeitAbhängigkeit (und nicht nur die RichtungAbhängigkeit) berücksichtigt.

Reibungsarten

Der Reibungskoeffizient hängt von der Art der Reibung ab. Grundsätzlich gibt es drei Arten:

• Statische Reibung tritt auf, wenn sich die Objekte nicht relativ zueinander bewegen. Dies wird normalerweise durch das Symbol angezeigt ${displaystyle mu_{s}}$. Die Kraft, die zum Bewegen eines Objekts erforderlich ist, wird normalerweise durch die Haftreibung bestimmt. Die maximale statische Querkraft ist gleich ${displaystyle mu_{s}}$ mal die Normalkraft.
• Gleitreibung oder Gleitreibung, auch Gleitreibung genannt, tritt auf, wenn sich zwei Objekte relativ zueinander bewegen und aneinander reiben. Dies wird normalerweise durch das Symbol angezeigt ${displaystyle mu_{k}}$. Diese Reibung ist in der Regel kleiner als die Haftreibung.
• Stick-Slip ist der "hüpfende" Effekt, der auftritt, wenn die Reibung das sich bewegende Objekt vorübergehend stoppt (Stock) und dann erneut schießen (Unterhose); dieser Effekt kann bei hohem auftreten Frequenz wiederholen. Ein Beispiel dafür ist das Bewegen eines Bogens über eine Saite, um einen Klang zu erzeugen. Stick Slip ist schwer zu kontrollieren Maschinen: es beschleunigt tragen und Ursachen Vibrationen.
• Viskose Reibung tritt in einer Flüssigkeitsschicht auf, wenn sich die Flüssigkeit bewegt. In den meisten Flüssigkeiten ist die Scherkraft dabei proportional zum Geschwindigkeitsgradienten in der Flüssigkeit. Dadurch kommt es bei der Viskoseschmierung (Schmierung durch eine Flüssigkeitsschicht zwischen den beweglichen Teilen) zu keinem Stoß zu Beginn der Bewegung (wie bei der Haftreibung).

Der Reibungskoeffizient muss experimentell (durch Messungen) bestimmt werden, er kann nicht berechnet werden. Die experimentelle Bestimmung ist meist sehr ungenau, auch weil der Reibungskoeffizient von vielen veränderlichen Umgebungsfaktoren (Feuchtigkeit, Schmutz etc.) abhängt Zur experimentellen Bestimmung des Reibungskoeffizienten kann eine schiefe Ebene verwendet werden. Die schiefe Ebene besteht aus dem Material in Kombination mit dem Material eines Objekts, zwischen dem man den Reibungskoeffizienten bestimmen möchte. Die Ebene wird langsam gekippt und in dem Moment, in dem das Objekt zu rutschen beginnt, misst man die Neigungswinkel. Das Tangente des Winkels (also der Steigung) ist dann der Reibungskoeffizient.

Beispiel für Reibung

Reibung kann bei Feststoffen, Gasen, Flüssigkeiten und Kombinationen davon auftreten. Siehe auch Aerodynamik und Hydrodynamik. EIN Meteorit dass die Atmosphäre eindringt, erfährt Reibung durch die Luft an der Oberfläche des Meteoriten.

Reibung tritt auch innerhalb von Objekten auf, die verformt werden. Die Gezeitenbewegung des Mondes auf der Erde verursacht eine Verzerrung. Die Erde erwärmt sich durch innere Reibung.

Ein berühmtes Experiment besteht aus zwei Telefonbüchern, die durch überlappende Seiten miteinander verbunden sind. Die zum Wiederauseinanderziehen erforderliche Kraft wird dadurch verstärkt, dass die Seiten angewinkelt werden müssen, damit sie zusammenpassen. Dieser Winkel verstärkt den Widerstand beim Ziehen, die Zugkraft bewirkt, dass die Seiten zusammengeschoben werden. Je stärker Sie ziehen, desto stärker werden die Seiten zusammengedrückt und desto größer ist die Reibung.^[1] Letztlich lassen sich die Telefonbücher nur mit besonders starker Kraft auseinanderziehen, was mit menschlichen Händen nicht möglich ist.^[2]

Physikalische Auswirkungen der Reibung

Polieren und Verschleiß

Durch Reibung kann es zu einer Formänderung kommen. Wenn dies gewünscht ist, wird es Polieren erwähnt. Wenn es unerwünscht ist, gibt es tragen wodurch die Abmessungen des Objekts nicht mehr den Toleranz.

Eine andere Form der Verwendung von Reibung ist bräunen. Dieser Vorgang wird mit einem polierten Werkzeug durchgeführt, das mit Druck über die zu bearbeitende Oberfläche bewegt wird. Die Unregelmäßigkeiten werden auf diese Weise geglättet. Das Ergebnis ist eine glatte Oberfläche.

Wärme

Die zur Überwindung der Reibung aufgewendete Energie erzeugt Wärme. Die kinetische Energie wird in Verformung und Wärme umgewandelt, wodurch sich die Eigenschaften des Materials und damit der Reibungskoeffizient selbst ändert. Durch Reibung können Feststoffe gehen schmelzen. Dies findet eine Anwendung in der Reibschweißen.

Anwendung von Reibung

Reibung wird verwendet, um Gegenstände an Ort und Stelle zu halten, auch wenn eine äußere Kraft auf sie ausgeübt wird. Ein Beispiel dafür ist die Anti-Rutsch-Matte. Ohne Haftreibung könnte es auch keine Bewegung geben. Beim Gehen sorgt die Haftreibung dafür, dass der Fuß gegen den Boden drücken kann.

Eine weitere wichtige Anwendung von Reibung findet sich in Bremssysteme.

Einige alte Methoden zu Feuer basieren auf der Wärme, die durch Reibung entsteht, zum Beispiel durch schnelles Rotieren eines Stabes in einem leicht entzündlichen Stoff.

Reibungsbegrenzung

Schmierung

Eine häufig verwendete Methode zur Begrenzung der Reibung ist die Anwendung von a Schmiermittel zwischen den beiden Oberflächen. Die Wissenschaft von Reibung und Schmierung heißt Tribologie. Ein kürzlich entdecktes Phänomen ist Superschmierung. Dies ist die völlige Abwesenheit von Reibung zwischen gleitenden Objekten, die in beobachtet wurde Graphit.

Schmierstoffe müssen nicht unbedingt dünnflüssige, turbulent strömende Flüssigkeiten sein; akustische Schmierung entsteht, wenn durch Schallschwingungen ein schmaler Spalt zwischen den Gleitflächen entsteht. Das bekannteste Beispiel dafür sind gepanzerte Fahrzeuge aus dem Zweiten Weltkrieg, die durch ihr eigenes Knirschen geschmiert werden.

Lager

Biene Wälzlager Gleitreibung wird durch Rollwiderstand ersetzt. Siehe auch Gleitlager.

Siehe auch

• Tribologie
• Rollwiderstand
• Stick-Slip-Effekt

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