Gleitreibung

  1. Betrachten wir wieder unser Beispiel mit dem Betonblock und dem Mensch. Der Mensch druckt nun den Betonblock von rechts nach links und wie durch ein Wunder überwindet er die Haftreibung. Der Block setzt sich in Bewegung.
    Haftreibung und Gleitreibung
    Abbildung 1: a: Die Haftreibung wirkt auf ruhende Objekte, ist der Kraft $F_P$ entgegen gerichtet und hat die Länge der Normalvektor $F_N$
    b: Die Gleitreibung wirkt auf sich bewegenden Objekten, ist der Kraft $F_P$ entgegen gerichtet und hat die Länge der Normalvektor $F_N$
  2. Ohne weitere Kräfte würde sich nun der Block aufgrund der Trägheit ewig weiter bewegen. In der Realität aber gibt es Reibungskräfte zwischen dem Betonblock und der asphaltierten Straßenoberfläche, so dass der Betonblock ohne weitere Kraftzufuhr zum Stillstand kommt.
  3. Die Reibungskraft, die ein sich bewegendes Objekt bremst, wird als Gleitreibung bezeichnet.
  4. Die Ursache der Gleitreibung liegt in der Wechselwirkung zwischen den Molekülen, die die beiden Oberflächen bilden. Deshalb hängt auch die Größe der Gleitreibung von den Materialien ab, die die Oberflächen bilden. Eis auf Gummi verursacht eine andere Gleitreibung als Beton auf Asphalt.
  5. Experimente zeigen auch, dass Objekte, die schwerer sind, höhere Gleitreibung produzieren. Beispiel: Ein Betonblock, die 10-Mal schwerer ist, ruft eine 10-Mal größere Gleitreibung hervor. Das Schwersein ist eine Folge der Gewichtskraft, die immer zum Erdmittelpunkt nach unten zeigt. In unserem Beispiel steht die Gewichtskraft senkrecht zur asphaltierten Straßenoberfläche. Kräfte, die senkrecht auf einer Fläche Zeigen, werden als Normalkräfte bezeichnet.
  6. Zusammenfassend zeigen Experimente, dass die Größe der Gleitreibung von zwei Faktoren abhängt:
    • Die Oberflächenbeschaffenheit: Diese ist für unterschiedliche Materialien unterschiedlich und wird durch den sogenannten Gleitreibungskoeffizienten $\mu_G$ dargestellt. Er wird für verschiedene Oberflächen durch Experimente gemessen und bestimmt. Man kann sie in Büchern nachschlagen.
    • Die Größe der Kraft senkrecht zur Oberfläche. Diese wird der Betrag der Normalkraft genannt und mit $\lvert \vec {F_N} \rvert$ dargestellt. Sehr häufig (aber nicht immer) handelt es sich um die Gewichtskraft oder bei schiefen Ebenen um eine Komponente der Gewichtskraft.
    • Für die Größe der Gleitreibungskraft gilt also $$\boxed{F_G = \mu_G \cdot F_N}$$
    • Wenn ein Kraft F auf ein Objekt wirkt, muss ihre Überlagerung zusammen mit Gleitreibung betrachtet werden. In diesem Fall wirkt die Gesamtkraft $F + F_G$ auf das Objekt, d. h. $$\boxed{F + F_G = m \cdot a}$$ Falls $F +F_G >0$ dann beschleunigt sich der Körper. Falls $F+F_G < 0 $, dann wird der Körper abgebremst.
  7. Nun kennen wir die Größe, d.h. den Betrag der Gleitreibungskraft. Kräfte sind aber Vektoren und haben zusätzlich zu ihrem Betrag (d. h. ihre Länge) eine Richtung. Welche Richtung haben Haftreibungskräfte? Da Gleitreibungskräfte sich bewegende Objekte abbremsen, sind sie immer der bewegenden Kraft entgegen gesetzt. Wenn der Mensch den Betonblock von rechts nach links schiebt, dann zeigt die Haftreibung von links nach rechts.

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