Physik, 9. Klasse/ Mechanische Energie/ Reibung

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[Bearbeiten] Grundlegendes

Versuch: Auf einem Tisch plazieren wir einen Holzklotz (siehe Bild) und verbinden ihn mit einem Kraftmesser.

Ruhender Holzklotz
Bewegter Holzklotz

Beobachtung:

Um einen Körper in Bewegung zu setzen, benötigt man die maximale Kraft F1. Bewegt sich derselbe Körper schon, benötigt man nur noch die Kraft F2.
Für alle Körper gilt: F1 > F2

Erklärung:

Selbst für uns glatte Oberflächen sind bei starker Vergrößerung uneben - die Unebenheiten von Körper und Untergrund verhaken sich. Der ruhende Körper verhakt sich stärker als der bewegte.
Verhakung eines ruhenden Holzklotzes mit dem Untergrund
Verhakung eines bewegten Holzklotzes mit dem Untergrund

[Bearbeiten] Haft- und Gleitreibung

Definition:

Die Haftreibungskraft HR ist die Kraft, die aufgewendet werden muss, um einen Körper in Bewegung zu versetzen. Sie ist der späteren Bewegungsrichtung entgegengesetzt.
Die Gleitreibungskraft GR ist die Kraft, die aufgewendet werden muss, um einen Körper in Bewegung zu halten. Auch sie ist der Bewegungsrichtung entgegengesetzt.
Beide Kräfte hängen davon ab, wie stark Körper und Untergrund zusammengepresst werden, also genauer gesagt vom Druck, d.h. von der Kraftkomponente pro Flächeneinheit, die senkrecht auf den Untergrund wirkt.
\vec {F_{{HR}} } \sim m
\vec {F_{{GR}} } \sim m
Die Größe der Auflagefläche spielt dabei keine Rolle, denn es kommt auf den Druck an. Natürlich sind die Materialien und die Beschaffenheit der Oberflächen von Bedeutung, sie bestimmen die Haftreibungszahl μH und die Gleitreibungszahl μR.

In dem oben dargestellten Modell eines Klotzes auf einer waagerechten Fläche unter dem Einfluss der Erdanziehung ist dieser besagte Anpressdruck durch das Gewicht des Klotzes gegeben.

Es gilt (FG ist die Gewichtskraft): \frac{F_{{HR}} }{F_G}=\mu_{{HR}} und \frac{F_{{GR}}}{F_G}=\mu_{{GR}}

[Bearbeiten] Reibungsgesetz auf der Ebene

Der Betrag der maximalen Haftreibungskraftkraft FHR bzw. der Gleitreibungskraft FGR ist zur Gewichtskraft FG direkt proportional.
Es gilt F_{{HR}}=\mu_{{HR}} \cdot F_G und F_{{GR}}=\mu_{{GR}} \cdot F_G


Beispiele:

a) Haft- und Gleitreibungskraft eines Holzklotzes mit FG = 30N auf einem Holzboden mit μHR = 0,6 und μGR = 0,4:
F_{{HR}}=\mu_{{HR}} \cdot F_G = 0{,}6 \cdot 30N = 18N
F_{{GR}}=\mu_{{GR}} \cdot F_G = 0{,}4 \cdot 30N = 12N
b) Reibungszahl einer Tasse mit FG = 0,32N, unter der die Tischdecke mit F2 = 0,11N weggezogen wird:
\mu_R=\frac{F_2}{F_G}=\frac{0{,}11N}{0{,}32N}=0{,}32

[Bearbeiten] Geltende Ziffern

Hier gleich ein Satz den man sich unbedingt merken sollte:
Wer misst, misst Mist!
Erklärung: Jede physikalische Messung weist Fehler auf, so dass das Ergebnis stets nur eine begrenzte Genauigkeit hat. Kombiniert man nun mehrere solcher ungenauer Werte zu einem Gesamtergebnis, kann dieses noch ungenauer sein als alle beteiligten Komponenten. Deshalb muss man eine sogenannte Fehlerrechnung machen, die den Geltungsbereich des Ergebnisses angibt. Sehr stark vereinfacht kann man sich für einfachste Berechnungen merken:

Ein physikalisches Ergebnis hat immer so viele geltende Ziffern, wie der beteiligte Messwert mit den wenigsten Ziffern.

Erklärung: Bei 5512/684 kommt ein sehr krummes Ergebnis raus. Die Taschenrechneranzeige spuckt das aus: 8,058479532163 und es geht sogar noch weiter. Allerdings handelt es sich in der Physik bei den Ausgangswerten eben um Messwerte, und die sind von sich aus auch schon nicht so genau. Deswegen schaut man immer, wie viele Ziffern die küzeste Zahl hat, und rundet dann entsprechend. Bei uns sind es bei 684 3 Ziffern, also Runden wir im Endergebnis auf 3 Stellen: 8,06

Schon besser, oder? Aber aufgepasst: bei 0,384 sind es nicht 4 geltende Ziffern, sondern 3!

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