Reibung verstehen
Neulich wurde ich gebeten, ein Problem an einer Anlage zu untersuchen, die aufgrund übermäßiger Reibung zu heiß wurde. Dies kann ein häufiges Problem sein, sodass es hilfreich ist, die beteiligten Faktoren zu kennen. In diesem Blog werde ich erklären wie Reibung entsteht wie und sie gemessen wird.
Definition von Reibung
Reibung ist ein Widerstand, der auftritt, wenn zwei Materialien gegeneinander reiben. Es ist eine physikalische Eigenschaft, die zwischen zwei Materialien existiert, die einer Kraft widerstehen, wenn sie sich berühren. Reibung ist nicht immer ein Problem, sondern auch ein wichtiges Element bei der Erzeugung von Bewegung.Die Kraft, die erforderlich ist, um einen Gegenstand zum Gleiten zu bringen, ist etwas größer als die Kraft, die erforderlich ist, um den Gegenstand stillzuhalten. Daher machen wir einen Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung.
Folgende Faktoren beeinflussen die Bewegung, die durch Reibung verursacht wird:
m = Masse [kg] Gewicht der Gegenstände
Fn = Normalkraft [N]: die Kraft, die das Gewicht des Materials auf die Auflagefläche ausübt.
Fa = Zugkraft [N]: die Kraft, die das Material gegen die Auflagefläche bewegt (aktive Kraft).
Ff = Reibkraft [N]: die Kraft, die der Zugkraft entgegen wirkt (Reaktionskraft)
g = 9,81 m/s2 (Erdbeschleunigung; für die Umwandlung einer Masse in Kilogramm in eine Kraft in Newton)
Ursachen von Reibung
Reibung wird hauptsächlich durch die Rauheit der Oberfläche der Gegenstände erzeugt, die sich berühren. Normalerweise gilt: Je rauer die Oberfläche, umso mehr Reibung entsteht. Wenn beide Oberflächen jedoch ultra-glatt werden, beginnt die Reibung durch die molekulare Anziehung eine Rolle zu spielen, welche oft stärker ist als die mechanische Reibung. Dies ist hauptsächlich bei weichen Materialien wie Gummi und anderen biegsamen Kunststoffen der Fall. Weiche Materialien verformen sich unter Druck, wobei die Deformation ebenso die Reibung erhöhen kann.
Reibungskoeffizient
Der Reibungskoeffizient (µ) ist das Verhältnis zwischen der Reibkraft (FF) geteilt durch die Normalkraft (FN):
Das obengenannte Verhältnis wird Coulombsches Reibungsgesetz genannt (Coulomb war ein französischer Physiker, 1726-1806). Auch wenn der Reibungskoeffizient keine Maßeinheit besitzt (Kraft geteilt durch Kraft), lässt sich das Gesetz leicht überprüfen. Ziehen Sie einen Gegenstand (z.B. ein Buch) mithilfe einer Federwaage über eine saubere Oberfläche und lesen Sie die Zugkraft (FA) ab. Wiederholen Sie diese Messung bei doppelter Belastung (z.B. zwei Bücher) und die Zugkraft wird sich verdoppeln.
Methode zur Ermittlung des Reibungskoeffizienten
Durch die Verwendung einer Federwaage (siehe oben) lässt sich der annähernde Reibungskoeffizient zwischen einem Transportband und einer spezifischen Oberfläche leicht ermitteln. Es gibt ein physikalisch korrektes Verfahren (Beispiel a) sowie ein geringfügig inkorrektes, aber praktisch anwendbares Verfahren (Beispiel b).
a) Beispiel des physikalisch korrekten Verfahrens
Gewicht des Gegenstandes m = 1 kg (Einheit des Gewichts ist kg)
Gemessene Zugkraft FA = 4,9 N (Einheit der Kraft ist Newton)
b) Beispiel der geringfügig inkorrekten, jedoch praktisch anwendbaren Methode
Gewicht des Gegenstandes m = 1 kg (Einheit des Gewichts ist kg)
Gemessene Zugkraft FA = 0,5 N (Einheit der Kraft ist tatsächlich Newton)
Allgemeine Regeln
Es folgen einige allgemeine Regeln zur Reibung und einfache Tests, um mit unterschiedlichen Widerständen zu experimentieren.
Regel 1:
Der Reibungskoeffizient hängt immer von beiden Reibpartnern ab (Materialzusammensetzung, Rauheit der Oberfläche).
Test: Reiben Sie verschiedene Gegenstände mit dem selben Druck, z.B. einen Radiergummi, eine Schachtel Zigaretten, eine Münze und ein Stück Transportband auf unterschiedlichen Oberflächen, z.B. auf einem Tisch, an einem Fenster und einem Stück rauen Gewebe – der Widerstand wird sich sehr unterschiedlich anfühlen!
Regel 2:
Der Reibungskoeffizient hängt in hohem Maße vom Zustand der Oberfläche ab (Sauberkeit, Feuchtigkeit).
Test: Reiben Sie zwei Gegenstände mit dem selben Druck aneinander, zuerst mit trockenen Oberflächen und anschließend mit ein paar Tropfen Wasser zwischen den Kontaktflächen – Sie werden den Unterschied im Widerstand spüren!
Regel 3:
Der Reibungskoeffizient hängt nicht mit der Größe der Kontaktfläche zwischen den beiden Objekten zusammen.
Test: Ziehen Sie Gegenstände von gleichem Material und Gewicht, jedoch mit unterschiedlichen Grundoberflächen mit einer Federwaage über eine identische Oberfläche – die Zugkraft wird die gleiche sein!
Wie Sie sehen, kann Reibung ein recht technisches Thema sein: Ich hoffe, dass dieser Blog dazu beigetragen hat, einige der grundlegenden Faktoren zu veranschaulichen. Wenn Sie weitere Fragen zum Thema haben, zögern Sie bitte nicht uns zu kontaktieren.Wir geben Ihnen gern zusätzliche Informationen.
