Reibungskraft
Im Winter rutscht ein Auto auf Eis viel weiter, bevor es steht, als auf trockener Straße. Auf dem Schlitten in Winterberg wünschst du dir dagegen wenig Reibung. Wann ist Reibung also nützlich, wann stört sie, und was bestimmt, wie groß sie ist?
Was ist Reibung?
Schiebst du einen Karton über den Boden, spürst du einen Widerstand. Das ist die Reibungskraft $F_\text{R}$. Sie entsteht, weil die Oberflächen nie ganz glatt sind: Kleine Unebenheiten haken ineinander.
Nenne drei Alltagssituationen, in denen Reibung nützlich ist, und zwei, in denen sie stört.
Nenne drei Alltagssituationen, in denen Reibung nützlich ist, und zwei, in denen sie stört.
Ein Karton wird über den Boden geschoben. In welche Richtung zeigt die Reibungskraft im Vergleich zur Bewegungsrichtung?
Ein Karton wird über den Boden geschoben. In welche Richtung zeigt die Reibungskraft im Vergleich zur Bewegungsrichtung?
Ein Schlitten steht auf einem Hang in Winterberg. Auf ihn wirken mehrere Kräfte. Nenne davon die Gewichtskraft und die Reibungskraft und beschreibe jeweils die Richtung.
Ein Schlitten steht auf einem Hang in Winterberg. Auf ihn wirken mehrere Kräfte. Nenne davon die Gewichtskraft und die Reibungskraft und beschreibe jeweils die Richtung.
Haft-, Gleit- und Rollreibung
Es gibt drei Arten:
| Art | Situation | Größe |
|---|---|---|
| Haftreibung | Körper ruht, wird aber gezogen | am größten |
| Gleitreibung | Körper rutscht | kleiner als Haftreibung |
| Rollreibung | Körper rollt (Rad, Rolle, Kugel) | am kleinsten |
Wenn du einen Klotz mit langsam steigender Kraft ziehst, bleibt er zuerst liegen. Die Haftreibung ist dann genauso groß wie deine Zugkraft und zeigt in die Gegenrichtung. Erst bei der maximalen Haftreibung setzt er sich in Bewegung. Danach reicht eine kleinere Kraft, weil die Unebenheiten nicht mehr so tief ineinander greifen. Rollreibung ist noch kleiner als Gleitreibung. Deshalb legt man schwere Lasten auf Rollen oder Räder.
Eine Kiste wird mit einer konstanten Kraft von $30\ \text{N}$ über den Boden gezogen und bewegt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit. a) Wie groß ist die…
Eine Kiste wird mit einer konstanten Kraft von $30\ \text{N}$ über den Boden gezogen und bewegt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit.
- a) Wie groß ist die Reibungskraft? Begründe.
- b) Die Kiste wird mit $45\ \text{N}$ gezogen. Beschreibe die Bewegung, wenn die Reibungskraft gleich bleibt.
Ein Holzklotz liegt auf einer Tischplatte. Er wird mit langsam steigender Kraft gezogen. Bis $8\ \text{N}$ bleibt er liegen, dann gleitet er und benötigt $6\ \text{N}$…
Ein Holzklotz liegt auf einer Tischplatte. Er wird mit langsam steigender Kraft gezogen. Bis $8\ \text{N}$ bleibt er liegen, dann gleitet er und benötigt $6\ \text{N}$ für gleichförmige Bewegung.
- a) Gib die Reibungskraft bei einer Zugkraft von $5\ \text{N}$ an und begründe.
- b) Erkläre, warum die Kraft zum Losreißen größer ist als zum Weiterziehen.
- c) Welche Kraft ist nötig, um den Klotz mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen, wenn man ihn auf Rollen legt? Begründe qualitativ.
Wovon hängt die Reibung ab?
Die Reibungskraft ist größer, wenn
-
die Oberflächen rauer sind (Gummi auf Asphalt statt Kunststoff auf Eis),
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der Körper stärker auf die Unterlage gedrückt wird (schwerer Körper, also größere Auflagekraft).
Je rauer die Oberfläche und je größer die Auflagekraft, desto größer die Reibungskraft. Die Größe der Auflagefläche spielt bei festen Körpern kaum eine Rolle.
Reibung nutzt man gezielt: Bremsbeläge, Profilreifen und Streusalz erhöhen sie, Schmieröl verringert sie, und Kugellager ersetzen Gleiten durch Rollen, sodass nur die kleine Rollreibung wirkt. Beim Fahrradbremsen pressen die Bremsbeläge auf die Felge. Die Reibung zwischen Bremsbelag und Felge bremst das Rad und wandelt Bewegungsenergie in Wärme um. Darum werden Bremsen warm.
Ein Fahrradfahrer in Bonn bremst. Erkläre, wie die Reibung zwischen Bremsbelag und Felge das Rad abbremst und warum Bremsen warm werden.
Ein Fahrradfahrer in Bonn bremst. Erkläre, wie die Reibung zwischen Bremsbelag und Felge das Rad abbremst und warum Bremsen warm werden.
Beim Schuhkauf werden Sohlen aus Gummi und aus glattem Kunststoff verglichen. Auf nassem Boden rutscht die Kunststoffsohle. a) Nenne zwei Größen, von denen die…
Beim Schuhkauf werden Sohlen aus Gummi und aus glattem Kunststoff verglichen. Auf nassem Boden rutscht die Kunststoffsohle.
- a) Nenne zwei Größen, von denen die Reibungskraft abhängt.
- b) Erkläre, warum die Kunststoffsohle auf nassem Boden eher rutscht als die Gummisohle.
Ein Auto fährt im Winter auf Eis. Erkläre, warum der Bremsweg länger ist, und beurteile, wie Winterreifen und Streusalz helfen.
Ein Auto fährt im Winter auf Eis. Erkläre, warum der Bremsweg länger ist, und beurteile, wie Winterreifen und Streusalz helfen.
Kräfte im Gleichgewicht
Ein Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, wenn sich alle Kräfte ausgleichen. Zeigt die Zugkraft nach vorn und die Reibungskraft nach hinten, sind beide gleich groß.
Für ein Auto auf waagerechter Straße mit konstanter Geschwindigkeit gilt:
| Kraft | Richtung | Angriffspunkt |
|---|---|---|
| Gewichtskraft | nach unten | Schwerpunkt |
| Normalkraft der Straße | nach oben | Reifen/Auflage |
| Antriebskraft | nach vorn | Reifen (Haftreibung treibt!) |
| Luftwiderstand | nach hinten | Vorderseite |
| Rollreibung | nach hinten | Reifen |
Gewichtskraft und Normalkraft sind gleich groß und heben sich auf. Antriebskraft ist gleich Luftwiderstand plus Rollreibung.
Beschreibe in Worten (Richtung und Angriffspunkt) alle Kräfte, die auf ein Auto wirken, das mit konstanter Geschwindigkeit auf einer waagerechten Straße fährt:…
Beschreibe in Worten (Richtung und Angriffspunkt) alle Kräfte, die auf ein Auto wirken, das mit konstanter Geschwindigkeit auf einer waagerechten Straße fährt: Gewichtskraft, Normalkraft, Antriebskraft, Luftwiderstand, Rollreibung. Begründe, welche Kräfte sich ausgleichen.
Auf einen Blick
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Die Reibungskraft wirkt der Bewegung entgegen und wandelt Bewegungsenergie in Wärme um.
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Haftreibung (ruhend, am größten) > Gleitreibung > Rollreibung. Die Haftreibung gleicht die Zugkraft aus, bis ihr Maximum erreicht ist.
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Je rauer die Oberflächen und je größer die Auflagekraft, desto größer ist die Reibungskraft.
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Reibung ist nützlich (Bremsen, Gehen, Reifenprofil) und störend (Lager, Kette, Luftwiderstand).
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Bei konstanter Geschwindigkeit sind die Kräfte im Gleichgewicht: Antriebskraft gleich Reibungskraft.
Zurück zum Anfang: Auf Eis ist die Reibung klein, deshalb ist der Bremsweg lang, beim Schlitten ist das gewollt.