Mechanik
Statische Kräfte
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Haftreibung einfach erklärt

Haftreibung entsteht, wenn ein Körper durch seine Kraft auf einen anderen Körper gedrückt wird. Dabei ruht der eine Körper relativ zu dem anderen Körper und auf einen der Körper wirkt eine Zugkraft.

Das ist zum Beispiel der Fall, wenn du einen Klotz auf den Boden stellst. Versuchst du den Klotz dann zu ziehen, entsteht die Haftreibungskraft. Sie verhindert, dass der Körper sich bewegt.

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Haftreibung

Zugkraft und Haftkraft sind immer gleich groß und entgegengesetzt. Wird die Zugkraft aber größer als die maximale Haftkraft, fängt der Klotz an zu gleiten. Du kannst die maximale Haftreibungskraft dann berechnen mit der Formel: 

FHR,max = µHRFN

  • FHR,max: maximale Haftreibungskraft
  • FN: Normalkraft
  • µHR: Haftreibungskoeffizient
Reibung allgemein — Definition

Reibung entsteht immer dann, wenn zwei Körper aufeinander liegen, gleiten oder rollen. Je rauer die Oberfläche der Körper ist, desto mehr Kraft braucht man, um die Körper zu bewegen. Bei glatten Oberflächen reichen hingegen schon geringe Kräfte. 

Haftreibung Ursache

Schau dir die Ursache der Haftreibung nun genauer an. Stell dir dafür einen Klotz vor, der auf einer Unterlage liegt. Das kann zum Beispiel eine Holzkiste auf einem Steinboden sein. In dieser Situation wirken verschiedene Kräfte. 

Gewichtskraft und Normalkraft 

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

  • Die Gewichtskraft FG ist die Kraft, die den Klotz auf den Boden drückt.

  • Die Normalkraft FN ist die Kraft, mit der der Boden senkrecht zur Oberfläche auf den Klotz wirkt. Sie entsteht dadurch, dass der Boden durch das Gewicht des Klotzes 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 der Körper in Ruhe.
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    Haftreibung und Haftreibungskraft

Zugkraft und Haftreibungskraft

Neben der Gewichts- und Normalkraft wirken auf den Klotz noch andere Kräfte. Sobald eine Zugkraft in eine Richtung wirkt, entsteht auch eine Haftreibungskraft in die andere Richtung. 

  • Die Zugkraft FZ ist die Kraft, die den Körper nach rechts zieht. Das bist zum Beispiel du, wenn du die Kiste nach rechts ziehen willst.
  • Die Haftreibungskraft FHR wirkt in die entgegengesetzte Richtung. Sie entsteht dadurch, dass die Oberflächen des Klotzes und des Bodens nicht komplett glatt sind. Unter dem Mikroskop erkennst du, dass sie rau sind. Deshalb verhaken sich die Oberflächen und der Klotz kann sich nicht in Bewegung setzen.
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    Haftreibungskraft – Oberflächen

Größe und Maximalwert der Haftreibungskraft

Die Haftreibungskraft ist bis zu einem bestimmten Wert genauso groß, wie die Zugkraft. Weil sich die Oberflächen verhaken, bewegt sich der Körper nicht. Die Kräfte kompensieren sich. Erst wenn die Zugkraft größer wird als die Haftreibungskraft, bewegt sich der Klotz. Zu diesem Zeitpunkt handelt es sich nicht mehr um die Haftreibung, sondern um die Gleitreibung .

Haftreibung Formel

Die Haftreibungskraft berechnest du mit der Formel

FHR,max = µHRFN

Der Buchstabe µHR („mü“ Haftreibung) ist die Proportionalitätskonstante. Du kannst sie auch Haftreibungskoeffizient oder Haftreibungszahl nennen. Sie hängt von den Materialien der Oberfläche der Körper ab.

Haftreibungszahl Tabelle

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

Material Haftreibungskoeffizient
Holz auf Holz 0,6
Reifen auf Asphalt trocken 0,8
Reifen auf Asphalt nass 0,5
Reifen auf Beton trocken 0,9
Reifen auf Beton nass 0,6
Stahl auf Grauguss 0,2
Stahl auf Stahl trocken 0,15
Stahl auf Stahl geschmiert 0,1
Stahl auf Eis 0,03
Haftreibungskoeffizient Definition

Den Haftreibungskoeffizient nennst du auch Proportionalitätskonstante oder Haftreibungszahl. Sie wird mit dem Buchstaben µHR („mü Haftreibung“) abgekürzt und hängt von den Materialien der Körperoberflächen ab. Der Haftreibungskoeffizient sagt dir, wie stark die Reibung zwischen den Körpern ist. Sie ist immer kleiner 1.

Erwünschte und unerwünschte Haftreibung

Haftreibung kann erwünscht oder unerwünscht sein. Erwünscht ist sie zum Beispiel:

  • zwischen deinen Schuhen und dem Gehweg, damit du nicht rutschst
  • zwischen Autoreifen und der Straße, damit du sicher fahren und bremsen kannst

Unerwünscht ist die Haftreibung zum Beispiel:

  • beim Verschieben eines schweren Schrankes
  • beim Lösen einer festgedrehten Schraube

Die Haftreibung kann übrigens auch vergrößert und verkleinert werden. Die Haftreibung wird größer,

  • wenn die Normalkraft FN vergrößert wird oder
  • wenn die Oberflächen aufgeraut werden.

Die Haftreibung wird kleiner,

  • wenn die Normalkraft FN verkleinert wird,
  • wenn die Oberflächen geglättet werden oder
  • wenn Schmiermittel zwischen den Oberflächen verwendet wird (Öl, Wasser, Fett).

Haftreibungskraft in Aufgaben

Bei Aufgaben zur Reibungskraft in der Physik kommt es oft zu Verwirrungen. Hier haben wir ein paar hilfreiche Tipps für dich zusammengefasst:

  • Oft wird von „Haftreibung“ oder „Haftreibungskraft“ gesprochen. Damit ist meist die maximale Haftreibungskraft gemeint.

  • Die Haftreibungskraft ist nur von den Materialien der Oberfläche abhängig, nicht von der Größe der Kontaktfläche! Die Haftreibung zwischen dem Boden und einer kleinen Holzkiste ist also genauso groß wie die Haftreibung zwischen dem Boden und einer großen Holzkiste.

  • Der Begriff „Haftreibung“ ist für viele schwer zu verstehen, da sich die Körper nicht zueinander bewegen und sich deshalb auch nicht „reiben“. Vielleicht verstehst du die Begriffe „Haftwiderstand“ oder „Haftkraft“ besser. 

  • Manchmal suchst du nicht die maximale Haftreibungskraft, sondern eine andere Größe der Formel FHR,max = µHRFN. Dazu musst du die Formel umstellen .

Reibungskraft

Haftreibung begegnet dir auch oft im Alltag. In unserem Video zur Reibungskraft zeigen wir dir anhand von einigen Beispielen, wo im Alltag Reibungskräfte auftreten.

Zum Video: Reibungskraft
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