▷ Reibungskraft (oder Reibungskraft)

In diesem Artikel wird erklärt, was Reibungskraft (oder Reibungskraft) in der Physik ist und wie sie berechnet wird. Sie finden daher die Eigenschaften der Reibungskraft, die beiden existierenden Arten der Reibungskraft und darüber hinaus konkrete Übungen zum Üben.

Was ist Reibungskraft?

Reibungskraft , auch Reibungskraft genannt, ist eine Kontaktkraft, die auftritt, wenn versucht wird, einen Körper über die Oberfläche eines anderen Körpers zu bewegen.

Genauer gesagt ist die Reibungskraft eine Kraft, die parallel und entgegengesetzt zur Bewegung ausgeübt wird.

Es gibt zwei Arten von Reibungskräften: die statische Reibungskraft und die dynamische Reibungskraft. Je nach Fall handelt es sich um die eine oder die andere. Unten werden wir den Unterschied zwischen ihnen sehen.

Im Allgemeinen wird die Reibungskraft durch das Symbol F _R dargestellt.

Reibungskrafteigenschaften

Nachdem wir nun die Definition der Reibungskraft (oder Reibungskraft) kennen, wollen wir uns die Eigenschaften dieser Art von Kraft ansehen:

Die Reibungskraft ist eine Kontaktkraft, das heißt, sie wirkt nur, wenn sich zwei Oberflächen berühren.
Darüber hinaus tritt die Reibungskraft nur dann auf, wenn sich ein Körper über einem anderen bewegt oder versucht, sich zu bewegen.
Die Richtung der Reibungskraft verläuft parallel zur Bewegungsrichtung.
Die Richtung der Reibungskraft ist der Bewegung entgegengesetzt.
Die Reibungskraft hängt nicht von der Geschwindigkeit ab, mit der Körper gleiten.
Die Reibungskraft hängt nicht von der Größe der Kontaktfläche ab.
Die Reibungskraft hängt jedoch von den Kontaktmaterialien, ihrer Beschaffenheit und der Temperatur ab.
Die Reibungskraft ist direkt proportional zur Normalkraft.

Formel für die Reibungskraft

Die Reibungskraft ist gleich dem Reibungskoeffizienten multipliziert mit der Normalkraft. Um die Reibungskraft zu berechnen, muss man daher zunächst die Normalkraft ermitteln und diese dann mit dem Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Kontaktflächen multiplizieren.

Die Formel für die Reibungskraft (oder Reibungskraft) lautet daher wie folgt:

$F_R=\mu\cdot N$

Gold:

$F_R$

ist die Kraft der Reibung oder Reibung, ausgedrückt in Newton.
$\mu$

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

ist die Normalkraft, ausgedrückt in Newton.

Statische und dynamische Reibungskraft

Der Wert der Reibungskraft hängt davon ab, ob der Körper ruht oder sich bewegt. Sie haben zum Beispiel sicherlich 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, wird es einfacher, das Objekt weiter zu ziehen.

Tatsächlich ist die Reibungskraft bei ruhendem Körper im Allgemeinen größer als bei sich bewegendem Körper.

Daher unterscheiden wir zwei Arten von Reibungskräften (oder 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.

Ebenso unterscheidet man den Haftreibungskoeffizienten vom dynamischen Reibungskoeffizienten, der zur Bestimmung der Haftreibung bzw. der dynamischen Reibungskraft herangezogen wird.

Schließlich 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.

Übungen zur Reibungskraft gelöst

Übung 1

Es soll ein Block mit der Masse m=12 kg auf einer ebenen Fläche bewegt werden, der sich erst dann in Bewegung setzt, 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:

gelöste Übung zum Haftreibungskoeffizienten bzw. Haftreibungskoeffizient

In der Gleichgewichtsgrenzsituation sind die folgenden zwei Gleichungen erfüllt:

$N=P$

$F_R=F$

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 im 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:

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

Übung 3

Ein 70 kg schwerer Schlitten gleitet mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 2 m/s einen 30°-Hang hinunter. Wenn der dynamische Reibungskoeffizient zwischen Schlitten und Schnee 0,2 beträgt, berechnen Sie die Geschwindigkeit, die der Schlitten nach 20 Metern Fahrt erreicht. Daten: g=10 m/s ² .

Sehen Sie sich die Lösung an

Zunächst erstellen wir das Freikörperdiagramm des Schlittens:

bestimmte Ausübung einer Reibungskraft auf einer schiefen Ebene

Der Schlitten erfährt eine Beschleunigung in Richtung der Achse 1 (parallel zur schiefen Ebene), bleibt aber in Richtung der Achse 2 (senkrecht zur schiefen Ebene) in Ruhe, daher lauten die Kraftgleichungen:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Aus der zweiten Gleichung können wir die auf den Schlitten wirkende Normalkraft berechnen

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=70 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(30º)\\[3ex]N=606,22 \ N\end{array}$

Da wir nun den Wert der Normalkraft und den dynamischen Reibungskoeffizienten kennen, können wir die Reibungskraft berechnen, indem wir die entsprechende Formel anwenden:

$F_R=\mu\cdot N=0,2 \cdot 606,22=121,24 \ N$

Um die Endgeschwindigkeit zu bestimmen, müssen wir also zunächst die Beschleunigung des Schlittens ermitteln, und diese kann aus der ersten vorgestellten Kraftgleichung berechnet werden:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$a=\cfrac{P_1-F_R}{m}$

$a=\cfrac{m\cdot g\cdot \text{sin}(\alpha)-F_R}{m}$

$a=\cfrac{70\cdot 10\cdot \text{sin}(30º)-121.24}{70}$

$a=3,27 \ \cfrac{m}{s^2}$

Sobald wir die Beschleunigung des Schlittens kennen, berechnen wir die Zeit, die wir brauchen, um die 20 Meter zurückzulegen, mit der Gleichung der geradlinigen Bewegung bei konstanter Beschleunigung:

$x=v_0\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot a \cdot t^2$

$20=2\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot 3.27 \cdot t^2$

$0=1,64t^2+2t-20$

$\displaystyle t=\cfrac{-2\pm \sqrt{2^2-4\cdot 1.64\cdot (-20)}}{2\cdot 1.64}=\cfrac{-2\ pm 11.63}{ 3.28}=\begin{cases}2.94\\[2ex]-4.15 \ \color{red}\bm{\times}\end{cases}$

Logischerweise schließen wir die negative Lösung aus, da Zeit eine physikalische Größe ist, die nicht negativ sein kann.

Abschließend berechnen wir die Endgeschwindigkeit mithilfe der Formel für konstante Beschleunigung:

$a=\cfrac{v_f-v_0}{t_f-t_0}\quad \longrightarrow \quad v_f=a\cdot (t_f-t_0)+v_0$

$v_f=3,27\cdot (2,94-0)+2=11,61 \ \cfrac{m}{s}$

Reibungskraft (oder reibungskraft)

Was ist Reibungskraft?

Reibungskrafteigenschaften

Formel für die Reibungskraft

Statische und dynamische Reibungskraft

Übungen zur Reibungskraft gelöst

Übung 1

Übung 2

Übung 3

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