Mechanik: Statik

Reibung: Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung

Du musst dich gerade mit Reibung auseinandersetzen, doch hast noch nicht so wirklich den Durchblick, was Haftreibung bedeutet, was Gleitreibung sein soll und was man unter Rollreibung versteht? Dann bist du hier genau richtig, denn im folgenden Beitrag erklären wir dir alles rund ums Thema Reibung.

Welche Arten von Reibung gibt es?

Zu Beginn schauen wir erst einmal an, welche Arten der Reibung es gibt. Vermutlich hast du die drei verschiedenen Arten bereits gehört: die Haftreibung, die Gleitreibung und die Rollreibung. Die Ursache für Reibung sind kleine Oberflächenrauigkeiten. Du kannst dir das vorstellen wie ganz kleine Zähne, die ineinandergreifen, dadurch die Bewegung behindern und somit Reibung erzeugen. Die Wirkrichtung ist parallel zur Reibfläche und entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung. Dazu kannst du dir einfach einen Klotz vorstellen, der über den Boden rutscht: Da wirkt die Reibungskraft parallel zum Boden. Zusätzlich gibt es noch die sogenannte Normalkraft, die senkrecht zum Boden wirkt und sich meist aus der Gewichtskraft bildet. Achtung: Es ist nicht die gleiche Kraft wie bei den Schnittgrößen! Die Normalkraft hängt über einen Reibungskoeffizienten mit der jeweiligen Reibungskraft zusammen und somit ergibt sich die Formel:

R=\mu\ast N

µ steht hier für den Reibungskoeffizienten und N für die Normalkraft.

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Reibungskraft und Reibungskoeffizient

Haftreibung – Berechnung durch den Haftreibungskoeffizient

Widmen wir uns als erstes der Haftreibung: Sie verhindert das Einsetzen einer Bewegung. Betrachten wir jetzt wieder den Klotz, nur diesmal auf einer Schiefen Ebene. Mit Hilfe des Kräftegleichgewichts ergibt sich folgende Formel:

R_H=N\ast\tan\funcapply(\alpha)

Hier bildet \alpha den Neigungswinkel der Ebene. Wie du natürlich weißt, kannst du die Ebene nicht beliebig kippen, ohne dass sich der Körper bewegt. Es gibt also einen maximalen Winkel, der erreicht werden kann, ohne dass sich etwas bewegt. Dies hängt also mit der Haftreibung zusammen und dadurch wird dann der sogenannte Haftreibungskoeffizient mit dieser Formel ermittelt:

\mu_H=\tan\funcapply(\rho_H)

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Haftreibung und Haftreibungskoeffizient

Hierbei stellt \rho H den maximalen Winkel dar. Wir sehen: Die Haftreibung ist unabhängig von der Auflagefläche! Es besteht lediglich eine Abhängigkeit zwischen der Rauheit und der Normalkraft.

Gleitreibung – Berechnung durch den Gleitreibungskoeffizient

Die Haftreibung ist damit abgehackt und wir betrachten nun die Gleitreibung: Diese behindert die Bewegung, wenn sie schon im Gange ist, da auf den jeweiligen Körper die sogenannte Gleitreibungskraft ausgeübt wird. Die Größe der Berührungsflächen spielt dabei keine Rolle. Wir bilden die Gleitreibung analog zum Haftreibungsgesetz aus dem Gleitreibungskoeffizienten und der Normalkraft. Folglich ergibt sich diese Formel:

R_G=\mu_G\ast N

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Gleitreibung

Allerdings kommt die Gleitreibung wie gesagt nur bei Bewegung vor und ist deshalb Teil der Dynamik. Erwünschte Gleitreibung ist beispielsweise auf dem Gebiet der Bremsscheiben zu finden, unerwünschte Gleitreibung hingegen hat man, wenn man Ski fährt. Die Gleitreibungskraft verringert sich, wenn die Normalkraft verringert wird oder die Oberflächen geglättet werden.

Rollreibung – Berechnung durch den Rollreibungskoeffizient

Zum Schluss schauen wir uns noch die Rollreibung an: Die Ursache ist nicht so simpel wie bei der Haftreibung und der Gleitreibung. Aber jetzt nicht verzweifeln: Auch die Rollreibung wirst du schnell verstanden haben!

Am besten stellst du dir zu Beginn einen einfachen Gummireifen vor. Du kannst dir sicher ausmalen, dass sich dieser bei Gewicht am Kontaktpunkt zum Boden ein wenig eindrückt. Dieses Eindrücken findet asymmetrisch statt und die Normalkraft greift dann nicht mehr symmetrisch an. Dadurch ergibt sich analog zur Haftreibung und Gleitreibung die nachfolgende Formel:

R_R=\mu_R\ast N

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Rollreibung – beispielhafte Darstellung

Der Rollreibungskoeffizient µR ist jetzt lediglich abhängig von der Verformung und dem Raddurchmesser. Dieser steigt mit zunehmender Verformung und sinkt mit zunehmendem Raddurchmesser. Das ist auch der Grund, warum dein Reifen immer gut aufgepumpt sein sollte und warum größere Räder leichter rollen.

Jetzt weißt du alles Wissenswerte über Reibung und kannst mit deinem Wissen über Haftreibung, Gleitreibung sowie Rollreibung glänzen.

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