Was ist der Reibungskoeffizient?
Reibung ist die wärmeerzeugende Widerstandskraft, die durch die Bewegung zweier sich berührender Oberflächen gegeneinander erzeugt wird. Sie ist indirekt das Produkt einer der vier bekannten Grundkräfte. Es ist unmöglich, die Reibung eines Systems streng nach theoretischen Grundsätzen zu bestimmen. Mathematisch enthält der Ausdruck für Reibung eine einzige Konstante, die alle verursachenden Faktoren enthält - einen Reibungskoeffizienten (COF), der durch den griechischen Buchstaben μ symbolisiert wird. Die Gleichung wird einfach geschrieben: f x = μ x F, wobei f x die Form und das Maß der Reibung definiert, während F die senkrechte oder "normale" Kraft ist, die von beiden Oberflächen aufeinander ausgeübt wird.
Alle Reibungskoeffizienten sind dimensionslose, skalare Größen. einzelne beitragende Faktoren widersetzen sich einer vollständigen Erklärung oder Quantifizierung. Die fundamentale Kraft, die für die meiste Reibung verantwortlich ist, ist auch diejenige, die die Bildung chemischer Bindungen ermöglicht - die elektrostatische Kraft. Auf den ersten Blick scheint die Schwerkraft die Reibungsquelle zu sein, da die Abwärtskraft aufgrund der Schwerkraft die Quelle der Variablen F ist. Tatsächlich ist der Koeffizient jedoch ein Maß für die "Klebrigkeit" zwischen den beiden Oberflächen und Dies wird auf mikroskopischer Ebene durch die elektrischen Ladungen bestimmt, die dazu neigen, Bewegungen zu verhindern, indem sie diese "zusammenbinden". Eine solche Bindung ist ein Merkmal von Klebstoffen, die zum Zusammenkleben zweier Oberflächen verwendet werden.
Dass dies der Fall ist, zeigt das moderne Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE). Am bekanntesten unter dem Markennamen DuPont ™, Teflon®, weist PTFE nur die sehr schwach attraktiven elektrostatischen Kräfte der Londoner Dispersion auf. Dies gibt PTFE einen Reibungskoeffizienten unter den "besten drei", die bekannt sind - ungefähr 0,05 bis 0,10. Wenn der Reibungskoeffizient das Produkt der Schwerkraft wäre, würde die Chemie der Oberflächen keine Rolle spielen, und solche Substanzen wären wirtschaftlich nicht so wichtig wie sie sind.
Es gibt Möglichkeiten, die Reibung zu verringern, ohne die Materialien zu verändern, aus denen die Oberflächen bestehen. Der Reibungskoeffizient für ein System kann durch Vorsehen einer dünnen Schmiermittelschicht wirksam verringert werden. Alternativ ist es häufig möglich, die Reibung durch Einführen einer Gasdecke zwischen die Oberflächen zu verringern, was das scheinbare Gewicht der Oberfläche auf der Oberseite verringert und Herstellungsfehler, wie z. B. Oberflächenrauheit, beseitigt. Die Änderung des effektiven Gewichts verringert die Normalkraft, während das Fehlen von Fehlern den Reibungskoeffizienten ändert. beide senken mathematisch die resultierende Reibungskraft. Ingenieure haben das Gasschicht-Phänomen genutzt, um Luftkissenfahrzeuge für die Fahrt über Land und Wasser zu entwickeln.