Reibung
Reibungskräfte existieren nur, wenn auch andere Kräfte wirken,
oder wenn Bewegungen vorhanden sind. Sie wandeln bei bewegten Körpern
kinetische Energie in Wärmeenergie um und bremsen die Bewegung ab. Unter
den vielen unterschiedlichen Reibungsformen gibt es drei Hauptgruppen:
Reibung zwischen trockenen Festkörpern: Zwei Festkörper, die mit
einer (Normal-) Kraft gegeneinander gedrückt werden, setzen einer
gegenseitigen Verschiebung den Reibungswiderstand entgegen. Dafür ist zum
einen die mikroskopische Verzahnung der Oberflächen verantwortlich, aber
auch die zwischenmolekularen Adhäsionskräfte, die über die
Kontaktfläche wirken.
Man unterscheidet die Haft- Gleit- und Rollreibung und charakterisiert ihre
Stärke mit dem Reibungskoeffizienten:
Interessant ist, dass in dieser idealisierten Form die Grösse der
Kontaktfläche keine Rolle spielt. Ebenso ist bei der Gleit- und
Rollreibung die Geschwindigkeit ohne Bedeutung. Die Gleitreibung sorgt für
ein Abbremsen mit konstanter Beschleunigung bis (beim Stillstand) die
Haftreibung einsetzt.
Wenn sich ein Körper in einer Flüssigkeit oder einem Gas bewegt,
erfährt er ebenfalls Reibkräfte, die ihn abbremsen. Falls die
Relativgeschwindigkeit so klein ist, dass keine Verwirbelungen auftreten
(laminare Strömung), dann entsteht eine Reibkraft, die proportional zur
Geschwindigkeit ist (viskose Reibung, Stokesreibung). Ebenso ist die
Grösse und Form des Gegenstands und die Zähigkeit des Fluids
entscheidend:
Die Abbremsung über Stokesreibung ist folglich
geschwindigkeitsabhängig, streng genommen ist Abbremsung bis zum
Stillstand nur als Grenzfall für sehr grosse Zeiten möglich.
Schnelle Bewegungen grösserer Körper in einem Fluid (Gas oder
Flüssigkeit) lassen Verwirbelungen entstehen, die die Reibkraft
verändern. Sie wird nun proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit.
Ausserdem wird ein Formfaktor in Strömungsrichtung, die angeströmte
Querschnittsfläche A und die Dichte des Fluids (nicht die Viskosität)
entscheidend:
Die Abbremsung eines bewegten Körpers ist nun noch stärker von der
Geschwindigkeit abhängig. Stillstand ist fast nicht mehr zu erreichen.
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