Rollreibung

Rollreibung einfach erklärt

Rollreibung entsteht zum Beispiel, wenn ein Rad durch seine Gewichtskraft auf eine Unterlage gedrückt wird und auf ihr rollt. Da die Oberflächen nicht komplett glatt sind, reiben sie aneinander. Das führt zur Rollreibung. Sie wirkt immer entgegen der Bewegungsrichtung des Rades und bremst die Bewegung ab. 

Stell dir vor, ein Rad rollt auf der Straße nach vorne. Weil die Oberflächen des Rades und der Straße nicht komplett glatt sind, reiben sie aneinander. Es entsteht die Rollreibung. Sie bremst die Bewegung des Rades leicht ab, da sie in die entgegengesetzte Richtung wirkt.

direkt ins Video springen

Du berechnest die Rollreibungskraft mit der Formel

F_RR = µ_RR • F_N

• F_RR: Rollreibungskraft
• F_N: Normalkraft
• µ_RR: Rollreibungskoeffizient

Rollreibungskraft Ursache

Schau dir die Ursache für die Rollreibung nun genauer an. Stell dir ein Rad vor, das auf einer Unterlage steht. Das kann zum Beispiel ein Fahrradreifen auf einer Straße sein. Es wirken verschiedene Kräfte:

Gewichtskraft und Normalkraft

In der Mitte des Rades ist sein Schwerpunkt. Auf ihn wirken zwei Kräfte:

• Die Gewichtskraft F_G ist die Kraft, die das Rad auf den Boden drückt. 
  
  
• Die Normalkraft F_N ist die Kraft, mit der der Boden senkrecht zur Oberfläche auf das Rad wirkt. Sie entsteht dadurch, dass der Boden durch das Gewicht des Rades leicht nach unten verformt wird. Nach dem Gesetz von Hooke  verursacht das eine Kraft nach oben — die Normalkraft. Der Betrag der Normalkraft ist dabei gerade so groß wie die Gewichtskraft. Dadurch ist das Rad in Ruhe.

  

  direkt ins Video springen

Zugkraft und Haftreibungskraft

Wird das Rad bewegt, wirken zusätzlich noch andere Kräfte. Sobald die Zugkraft in eine Richtung wirkt, entsteht eine Rollreibungskraft in die andere Richtung.

• Die Zugkraft F_Z ist die Kraft, die das Rad in eine Richtung zieht, hier nach rechts. Das bist zum Beispiel du, wenn du in die Pedale deines Fahrrads trittst.
• Die Rollreibung F_RR wirkt in die entgegengesetzte Richtung. Sie entsteht dadurch, dass die Oberflächen des Rades und der Straße nicht komplett glatt sind. Unter dem Mikroskop erkennst du, dass sie rau sind. Dadurch verhaken sich die Oberflächen. Ist die Zugkraft größer als die Rollreibung, ist das Rad in Bewegung.

Rollreibung Formel

Die Rollreibungskraft berechnest du mit der Formel

F_RR = µ_RR • F_N

Der Buchstabe µ_RR („mü“ Rollreibung) ist die Proportionalitätskonstante. Du kannst sie auch Rollreibungskoeffizient oder Rollreibungszahl nennen. Sie hängt von den Materialien der Oberfläche der Körper ab. Die Geschwindigkeit des Körpers hat keinen Einfluss auf die Reibung.

Rollreibungskoeffizient Tabelle

Wie groß der Rollreibungskoeffizient abhängig vom Material ist, kannst du in der folgenden Tabelle sehen.

Die Kraft, die beim Abrollen eines Rades, einer Kugel oder eines Walzkörpers entsteht und der Bewegungsrichtung entgegengerichtet ist, ist der Rollwiderstand. Du nennst den Rollwiderstand auch Rollreibung oder rollende Reibung. Der Rollwiderstandskoeffizient sagt dir, wie stark die Reibung zwischen zwei Materialien ist.

Erwünschte und unerwünschte Rollreibung

Rollreibung kann erwünscht oder unerwünscht sein. Erwünscht ist sie zum Beispiel, wenn ein Sportler mit dem Fahrrad auf Rollen sein Krafttraining macht.

Unerwünscht ist die Rollreibung zum Beispiel:

• bei Kugellagern
• beim Fahren mit PKW oder Fahrrad

Die Rollreibungskraft kann auch vergrößert und verkleinert werden. Sie wird größer,

• wenn die Normalkraft F_N vergrößert wird oder
• wenn die Oberflächen weich und rau sind.

Die Rollreibung wird kleiner,

• wenn die Normalkraft F_N verkleinert wird oder
• wenn die Oberflächen hart und glatt sind.

Seilkraft und Seilreibung

Die Rollreibung ist zum Beispiel sehr wichtig, wenn sich ein Seil über eine Rolle bewegt. Wie du die Reibung dabei berechnen kannst und auf was du genau achten musst, zeigen wir dir im Video zu Seilkraft und Seilreibung!