Was ist statische Reibung?
statische Reibung ist eine Kraft, die der Bewegung von zwei Objekten gegeneinander widersteht, wenn die Objekte ursprünglich in Ruhe sind. Ein einfaches Beispiel ist ein Holzblock, der auf einer Rampe sitzt - eine Kraft muss angewendet werden, um den Block die Rampe hinunterrutschen zu lassen. Ein weiterer Begriff, kinetische Reibung, gilt für die Kraft, die sich gegen Objekte widersetzt, die sich bereits gegeneinander bewegen. Die Stärke dieser Kräfte kann berechnet werden und ist als Reibungskoeffizient bekannt. In realen Situationen ist der Koeffizient der statischen Reibung fast immer größer als der für kinetische, aber in sorgfältig kontrollierten Experimenten, in denen die Oberflächen der Objekte gründlich gereinigt wurden, sind die beiden im Allgemeinen gleich. Nach einem bestimmten Punkt beginnt sich das Objekt jedoch zu bewegen, und zu diesem Zeitpunkt die Reibungskraft wIch werde fallen, damit weniger Kraft erforderlich ist, um das Objekt in Bewegung zu halten. Zum Beispiel kann die Reibungskraft mit der angewendeten Kraft mit bis zu 50 Newtons übereinstimmen - die Kraft wird in Newtons (n) gemessen - danach kann sie jedoch auf 40 N sinken. Daher ist eine Kraft von etwas mehr als 50 n erforderlich, um das Objekt in Bewegung zu bringen, aber danach etwas mehr als 40 n wird ausreichen.
Berechnung des Koeffizienten
statische Reibungskoeffizienten können für alle festen Materialien oder Materialpaare berechnet werden. Ein Koeffizientenwert kann daher auf Holz auf Holz, Stahl auf Stahl oder Stahl auf Holz auftragen. Eine Möglichkeit, den Wert für ein Materialpaar zu berechnen, besteht darin, einen Block eines Materials auf eine Rampe aus dem anderen zu legen - für ein einzelnes Material würden der Block und die Rampe aus derselben Substanz bestehen. Die Neigung der Rampe wird allmählich erhöht, bis der Block nach unten gleitet. Der Winkel, in dem dies geschieht, kann dann wir seinED, um den statischen Reibungskoeffizienten zu berechnen.
Der Koeffizient in Formeln und Gleichungen wird das Symbol μ - dem griechischen Buchstaben mu. Ein Index wird normalerweise verwendet, um die beiden zu unterscheiden: μ s zeigt eine statische Reibung an, während μ k kinetische Reibung bedeutet. Beispielsweise beträgt die μ s für Stahl auf Stahl 0,74, während die μ k für dieses Material 0,57 beträgt. Diese Werte gelten für typische Situationen im wirklichen Leben und können je nach den Umständen ein wenig variieren. Da der Wert μ s durch Oberflächenunregelmäßigkeiten, Schmutz und Spuren anderer Substanzen beeinflusst werden kann, wird der μ k als genauer angesehen und ist derjenige, der normalerweise angegeben wird, wenn ein einfacher Reibungskoeffizient erforderlich ist.
Faktoren, die die Reibung beeinflussen
Eine Reihe von Faktoren tragen zur statischen Reibung bei, aber normalerweise ist die Rauheit der Oberflächen. Auch wenn sie geglättet, andersDie Materialien variieren in Bezug auf die feinen Details ihrer Oberflächen. In praktischer Hinsicht ist keine Oberfläche völlig glatt, aber einige haben größere Unregelmäßigkeiten als andere. Der Unterschied liegt in einigen Fällen offensichtlich: Zum Beispiel hat eine Seidenblech eine sehr glatte Textur, die weniger Reibung erzeugt, während eine trockene Asphaltstraße grob ist und mehr Bewegungswiderstand erzeugt. Weitere Faktoren sind die elektrostatische Anziehung und die Arten schwacher chemischer Bindungen, die zwischen den Oberflächen bilden können.
Beispiele
Viele Menschen sind mit statischer Reibung vertraut, da sie fast täglich begegnen. Zum Beispiel ist es bei der Arbeit, wenn jemand ein Buch über einen Tisch gleitet. Anfangs muss eine kleine Menge Kraft ausgeübt werden, um das Buch in Bewegung zu bringen. Sobald es sich bewegt, kommt die kinetische Reibung ins Spiel, und es ist weniger Anstrengungen erforderlich, um es zu bewegen. Die erforderliche Menge an Kraft kann je nach den Umständen variieren. Zum Beispiel, wenn ein Buch ein Bibliothekscover darauf hat und es feucht wurde, dieWet Book erfordert mehr Kraft, um sich zu bewegen, während ein brandneues Taschenbuch sehr leicht über einen trockenen Holztisch mit einer lackierten Oberfläche rutschen kann.
Tabellen statischer und kinetischer Reibungskoeffizienten sind für viele gängige Materialien und Kombinationen davon verfügbar. Ein höherer Wert zeigt eine größere Reibung an, so dass mehr Kraft angewendet werden muss, um Bewegung zu verursachen. Beispielsweise beträgt die μ s für Aluminium am Aluminium 1,05 - 1,35, was sehr hoch ist, während der Wert für Polytetrafluorethylen (PTFE) auf PTFE 0,04 beträgt, was extrem niedrig ist und es sehr rutschig macht. Es ist schwierig, ein gestopptes Auto aufgrund der absichtlichen Reibung zwischen den Reifen und dem Boden in Bewegung zu bringen. Dies ermöglicht dem Fahrer mehr Kontrolle und macht das Auto weniger Wahrscheinlichkeit, dass es schleudert.
Berechnung des Bremsabstands
Ein Beispiel für die Anwendung statischer Reibung besteht darin, den Bruchabstand für ein Auto bei einer bestimmten Geschwindigkeit und unter bestimmten Bedingungen zu berechnen. Unter normalen UmständenNces, wenn die Reifen die Straße einschalten, gilt statisch und nicht kinetisch, Reibung. Die μ s für einen trockenen Reifen auf einer trockenen Straße beträgt etwa 1,00, während der Wert für einen feuchten Reifen auf einer nassen Straße nur 0,2 beträgt. Dies bedeutet, dass der Bruchabstand unter feuchten Bedingungen fünfmal höher ist. Bei trockenen Bedingungen hat ein Auto, das mit einem Bremsabstand von 31 Meilen pro Stunde (50 km / h) fährt, eine Bremsentfernung von 10 Metern, während die Bremsabstand bei nassen Bedingungen 164 Fuß (50 Meter) betragen würde. Wenn die Reifen eher entlang der Oberfläche rutschen als unter eisigen Bedingungen -, ist es kinetische Reibung, die wichtig ist.