▷ Reibungskoeffizient (oder Reibungskoeffizient)

Dieser Artikel erklärt, was der Reibungskoeffizient (oder Reibungskoeffizient) in der Physik ist. So erfahren Sie, wie Sie den Reibungskoeffizienten berechnen, welche Arten von Reibungskoeffizienten es gibt und darüber hinaus Schritt für Schritt gelöste Übungen.

Was ist der Reibungskoeffizient?

Der Reibungskoeffizient , auch Reibungskoeffizient genannt, ist ein Koeffizient, der die Reibung zwischen den Oberflächen zweier Körper angibt, wenn einer sich über den anderen bewegen will.

Der Reibungskoeffizient wird also zur Berechnung der Reibungskraft (oder Reibungskraft) verwendet, also der Kraft, die es einem Körper erschwert, sich über einen anderen zu bewegen. Je höher also der Reibungskoeffizient ist, desto größer ist die Reibungskraft.

Der Reibungskoeffizient ist ein dimensionsloser Koeffizient, hat also keine Einheit. Ebenso wird der griechische Buchstabe μ oft als Symbol für den Reibungskoeffizienten verwendet.

Formel für den Reibungskoeffizienten

Der Reibungskoeffizient ist gleich dem Verhältnis zwischen der Reibungskraft (oder Reibungskraft) und der Normalkraft. Daher wird der Reibungskoeffizient berechnet, indem die Reibungskraft durch die Normalkraft dividiert wird.

Mit anderen Worten lautet die Formel für den Reibungskoeffizienten wie folgt:

$\mu=\cfrac{F_R}{N}$

Gold:

$\mu$

ist der Reibungskoeffizient, der keine Einheit hat.
$F_R$

ist die Reibungskraft , ausgedrückt in Newton.
$N$

ist die Normalkraft, ausgedrückt in Newton.

Beachten Sie, dass der Reibungskoeffizient ein Koeffizient ist, der keine Einheit hat, da er durch Division zweier Größen mit denselben Einheiten berechnet wird.

Statischer und dynamischer Reibungskoeffizient

Der Wert der Reibungskraft hängt davon ab, ob der Körper ruht oder sich bewegt. Sie haben beispielsweise wahrscheinlich versucht, einen sehr schweren Körper zu ziehen, und es war anfangs schwierig, ihn zu bewegen, aber sobald Sie es geschafft haben, den Körper ein wenig zu bewegen, ist es einfacher, das Objekt weiter zu ziehen.

Tatsächlich ist die Reibungskraft bei ruhendem Körper im Allgemeinen größer als bei sich bewegendem Körper. Es gibt also zwei Arten von Reibungskräften:

Statische Reibungskraft : Dies ist die Reibungskraft, die wirkt, wenn der Körper noch nicht in Bewegung ist.
Dynamische (oder kinetische) Reibungskraft : Dies ist die Reibungskraft, die wirkt, wenn der Körper bereits mit der Bewegung begonnen hat.

Somit gibt es auch zwei Arten von Reibungskoeffizienten:

Statischer Reibungskoeffizient (μ _E ) : Wird zur Berechnung der statischen Reibungskraft verwendet. Sie gibt die Reibung zwischen den Oberflächen zweier Körper an, wenn die Bewegung noch nicht begonnen hat, sie also noch ruhen.
Dynamischer Reibungskoeffizient (μ _D ) : Wird zur Berechnung der dynamischen Reibungskraft verwendet. Sie gibt die Reibung zwischen den Oberflächen zweier Körper an, wenn einer bereits über den anderen gleitet.

Darüber hinaus variiert der Wert der Reibungskraft wie in der folgenden Grafik dargestellt:

Die Haftreibungskraft ist gleich der Kraft, die aufgewendet wird, um den Körper zu bewegen, aber ihre Richtung ist entgegengesetzt. Sein Maximalwert ist das Produkt aus Haftreibungskoeffizient und Normalkraft. Wenn die ausgeübte Kraft diesen Wert überschreitet, beginnt der Körper, sich zu bewegen.

Wenn sich der Körper also bereits in Bewegung befindet, hat die dynamische Reibungskraft einen konstanten Wert, der dem Produkt aus dem dynamischen Reibungskoeffizienten und der Normalkraft entspricht, unabhängig vom Wert der ausgeübten Kraft. Zudem liegt dieser Wert geringfügig unter dem Maximalwert der Haftreibungskraft.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der statische Reibungskoeffizient größer ist als der dynamische Reibungskoeffizient. Es ist daher schwieriger, mit der Bewegung eines Körpers zu beginnen, als ihn zu bewegen, wenn die Bewegung bereits begonnen hat.

Werte des Reibungskoeffizienten

In der folgenden Tabelle sehen Sie einige gängige Werte des Haftreibungskoeffizienten und des dynamischen Reibungskoeffizienten:

Kontaktflächen	Haftreibungskoeffizient (μ _e )	Dynamischer Reibungskoeffizient ( _μd )
Kupfer auf Stahl	0,53	0,36
Stahl auf Stahl	0,74	0,57
Aluminium auf Stahl	0,61	0,47
Gummi auf Zement	1	0,8
Holz auf Holz	0,25-0,5	0,2
Holz auf Leder	0,5	0,4
Teflon auf Teflon	0,04	0,04

Beachten Sie, dass diese Werte variieren können, da sie von vielen Faktoren wie Oberflächenrauheit, Temperatur, Relativgeschwindigkeit zwischen Oberflächen usw. abhängen.

Probleme mit dem Reibungskoeffizienten gelöst

Übung 1

Wir wollen einen Block mit der Masse m=12 kg auf einer ebenen Fläche bewegen und er beginnt sich gerade dann zu bewegen, wenn eine Kraft von 35 N ausgeübt wird. Wie hoch ist der Haftreibungskoeffizient zwischen Boden und Block? Daten: g=10 m/s ² .

Problem des Haftreibungskoeffizienten gelöst

Sehen Sie sich die Lösung an

Zunächst stellen wir alle auf den Block wirkenden Kräfte grafisch dar:

Aufgabe des Haftreibungskoeffizienten oder Haftreibungskoeffizienten gelöst

In der Gleichgewichtsgrenzsituation werden die folgenden zwei Gleichungen verifiziert:

$N=P$

$F_R=F$

Somit entspricht die Reibungskraft der auf den Körper ausgeübten horizontalen Kraft:

$F_R=F=35 \ N$

Andererseits können wir den Wert der Normalkraft mithilfe der Gewichtskraftformel berechnen:

$\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }$

Sobald wir schließlich den Wert der Reibungskraft und der Normalkraft kennen, wenden wir die Formel für den Haftreibungskoeffizienten an, um seinen Wert zu bestimmen:

$\mu_e=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{35}{120}=0.29$

Übung 2

Wir platzieren einen Körper mit der Masse m=6 kg auf der Spitze einer um 45° geneigten Ebene. Wenn der Körper mit einer Beschleunigung von 4 m/s ² auf der schiefen Ebene gleitet, wie groß ist dann der dynamische Reibungskoeffizient zwischen der Oberfläche der schiefen Ebene und der des Körpers? Daten: g=10 m/s ² .

Problem des Reibungskoeffizienten oder der dynamischen Reibung

Sehen Sie sich die Lösung an

Das erste, was wir tun müssen, um ein physikalisches Problem in Bezug auf die Dynamik zu lösen, ist das Zeichnen des Freikörperdiagramms. Alle auf das System wirkenden Kräfte sind also:

Aufgabe des Reibungskoeffizienten bzw. der dynamischen Reibung gelöst

In Richtung der Achse 1 (parallel zur schiefen Ebene) erfährt der Körper eine Beschleunigung, in Richtung der Achse 2 (senkrecht zur schiefen Ebene) befindet sich der Körper jedoch in Ruhe. Aus diesen Informationen schlagen wir die Gleichungen der Kräfte des Systems vor:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Wir können also die Normalkraft aus der zweiten Gleichung berechnen:

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}$

Andererseits berechnen wir den Wert der Reibungskraft (oder Reibungskraft) aus der ersten dargestellten Gleichung:

$\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}$

Und sobald wir den Wert der Normalkraft und der Reibungskraft kennen, können wir den dynamischen Reibungskoeffizienten mithilfe der entsprechenden Formel bestimmen:

$\mu_d=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{18.43}{43.43}=\bm{0.42}$

Reibungskoeffizient (oder reibungskoeffizient)