Reibung
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Grundlagen zum Thema Reibung
Hallo ! Du hast bestimmt schon einmal festgestellt, dass man auf glattem Eis nicht sonderlich gut gehen kann. Auf trockenem Asphalt klappt das zum Glück viel besser. Der Unterschied liegt darin, dass die Sohlen unserer Schuhe auf rauem Boden viel besser haften als auf glattem Eis. Diesen Effekt nennen wir Reibung. In diesem Video lernst du, was Reibung physikalisch betrachtet ist und wie sie sich auswirkt. An verschiedenen Beispielen siehst du, wo Reibung auftritt und was sie bewirkt. Natürlich wirst du auch die passende Formel zu ihrer Berechnung kennenlernen. Und wir werden uns Gedanken darüber machen, wo wir Reibung antreffen können, wann sie für uns von Nutzen ist und wann wir sie ganz gerne etwas weniger stark hätten.
Transkript Reibung
Hallo! Heute wollen wir uns mit dem Thema Reibung beschäftigen, dazu werden wir 3 Fragen untersuchen: 1. Was ist Reibung überhaupt? 2. Wozu benötigen wir sie? und 3. Wobei stört sie uns? Als 1. überlegen wir uns was Reibung ist. Man bezeichnet als Reibung das Phänomen, dass man 2 Körper, die sich berühren, nicht beliebig leicht gegeneinander verschieben kann. Um das besser zu verstehen, betrachten wir ein Beispiel. Das ist Fritz, Fritz möchte gern seinen Schlitten über den Schnee ziehen. Allerdings reicht es dafür nicht aus, wenn er nur ganz leicht an der Schnur zieht. Er muss sich zwar dann nicht anstrengen, aber dafür bewegt sich auch der Schlitten nicht. Erst wenn er genug Kraft aufwendet, fährt der Schlitten los. Woran liegt das? An der Grenzfläche zwischen dem Schlitten und dem Schnee wirkt eine Kraft, die Reibungskraft. Diese muss Fritz überwinden, um den Schlitten zu bewegen. Wie groß die Reibungskraft ist, hängt von der Normalkraft zwischen den Reibungsflächen ab. Die Normalkraft, das ist die Kraft, die senkrecht zum Boden auf einen Körper wirkt. In diesem Fall ist also die Kraft, die den Schlitten auf den Schnee drückt, die Gravitationskraft. Wir erinnern uns, dass die Formel für die Gravitationskraft FG=m×g lautet. Sie ist also umso größer, je größer die Masse eines Körpers ist. Also ist auch die Normalkraft, die hier gleich der Gravitationskraft m×g ist dann größer. Wir können festhalten, dass die Reibungskraft direkt abhängig ist von der Normalkraft. Da die Normalkraft von der Masse abhängt, ist die Reibung größer, wenn ein schwerer Mensch auf dem Schlitten sitzt, als wenn der Schlitten leer ist. Neben der Normalkraft gibt es aber noch einen weiteren Faktor, der bestimmt wie stark die Reibung ist. Das ist das Material der Flächen, zwischen denen die Reibung stattfindet. Fritz zum Beispiel wird seinen Schlitten wesentlich lieber über den Schnee ziehen, denn die Reibung zwischen Schnee und Schlittenkufen ist wesentlich geringer als die Reibung zwischen Schlittenkufen und Straße. Also muss er auf dem Schnee weniger Arbeit aufwenden, um seinen Schlitten zu bewegen. Wir wissen jetzt also, dass wir auch eine Materialkonstante berücksichtigen müssen. Wir bezeichnen diese Materialkonstante mit dem griechischen Buchstaben mü und dem Index R. Setzen wir die Informationen über die Materialkonstante und die Normalkraft zusammen, so erhalten wir die Formel für die Reibungskraft FR=?r×FN. Nachdem wir verstanden haben, was Reibung ist, kommen wir zu unserer 2. Frage: Wozu benötigen wir Reibung? Dazu wollen wir einige Beispiele betrachten. Stellen wir uns vor, wir möchten ein Auto an einem Abhang parken. Wenn es keine Reibung gäbe, würde es trotz angezogener Bremsen einfach den Abhang herabrutschen. Aber die Reibung zwischen den Reifen und dem Asphalt sorgt dafür, dass unser Auto stehen bleibt. Aber auch, wenn wir ein Fahrrad auf einer normalen Straße bremsen wollen, benötigen wir die Reibung. Zwei Bremsbacken halten die Reifen fest, sodass sie sich nicht mehr weiter drehen können. Ohne Reibung würden die Reifen einfach zwischen den Bremsbacken durchrutschen. Eine weitere Situation, in der wir die Reibung benötigen ist, wenn wir mit dem Auto eine Kurve fahren möchten. Gäbe es dann keine Reibung, würden wir einfach geradeaus rutschen und im Straßengraben landen, so wie es im Winter ja auch manchmal passiert, weil die Reibung zwischen dem Eis und den Autoreifen viel kleiner ist, als die zwischen dem trockenen Asphalt und den Autoreifen. Ist die Reibung aber groß genug, so können wir sicher um die Kurve fahren. Es gibt aber auch Situationen, in denen Reibung stört, zum Beispiel, wenn Fritz seinen Schlitten über die Straße ziehen muss und dafür viel Kraft aufwenden muss. Oder aber, wenn wir möchten, dass sich ein Rad um eine Achse dreht. Durch die Reibung zwischen Achse und Rad wird die Drehung abgebremst. Man muss also zusätzliche Arbeit aufbringen, um das Rad in Bewegung zu setzen. Darum benutzt man Schmiermittel, die weniger Reibung haben und dadurch die Drehung erleichtern. Nachdem wir gesehen haben, wo Reibung uns stört und wo sie uns hilft, können wir zusammenfassen, was wir heute gelernt haben. Die Formel für die Reibungskraft lautet FR=?R×FN. Und wir haben gelernt, dass uns Reibung häufig stört, dass sie uns zwingt, mehr zu arbeiten, als es ohne sie nötig wäre. Aber wir haben auch gelernt, dass unser Alltag ohne sie ganz anders wäre. Das war es zum Thema Reibung. Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit
Reibung Übung
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Zeige auf, welche physikalischen Größen benötigt werden, um die Reibungskraft zu berechnen.
TippsEin Auto rutscht nur auf vereister Fahrbahn.
Bei der Reibung ist die Kraft senkrecht zur Reibungsfläche entscheidend.
LösungAus der Formel zur Reibung können wir ablesen, dass diese von zwei Größen abhängt. Zum einen ist das die Reibungskonstante, eine Materialkonstante, die beziffert, wie gut oder schlecht zwei verschiedenen Materialien aneinander vorbeigleiten können. Dieser Wert ist groß für Materialien die gut aneinander haften und gering für diese, die gut aneinander vorbeigleiten können. Die zweite Größe ist die Normalkraft. Diese beschreibt, wie stark der Reibungsgegenstand auf die Reibefläche gedrückt wird. Das kannst du dir gut anhand einer Rutsche vorstellen: Auf einer sehr steilen Rutsche wirkt der Hauptteil deines Gewichtes nicht auf die Rutschbahn, sondern in Richtung des freien Falls. Deshalb wirst du auf dieser Rutscher sehr schnell. Bei einer flachen Rutsche ist es anders. Hier drückt fast dein ganzes Körpergewicht auf die Rutschbahn und nur wenig Gewicht in Richtung des Rutschenhangs. Daher ist die erreichbare Geschwindigkeit bei dieser Rutsche gering.
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Gib die Größen an, die die Reibung des Schlittens beeinflussen.
TippsIm Sommer kann man keinen Schlitten fahren.
Auf dem Asphalt der Straße zieht sich der Schlitten viel schwerer als auf Schnee.
Ein Einkaufswagen ist schwerer zu schieben, wenn er voll ist.
LösungDie Reibung des Schlittens ist von mehreren Faktoren abhängig. Diese sind zum einen die Masse des Schlittens, aus der wir die Normalkraft berechnen können. Außerdem ist es wichtig, auf welchem Untergrund der Schlitten gezogen wird: Auf Schnee geht es leichter als auf der Straße. Hat man dabei alte rostige Kufen, so fährt es sich auch schlechter als auf frischen und eingeölten Kufen. Diese nehmen also auch Einfluss auf die Reibung. Die Geschwindigkeit des Schlittens ist dabei ebenso egal wie das Gewicht der Person, die den Schlitten zieht.
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Ordne die entstehenden Normalkräfte.
TippsEinen steilen Hang rollt ein Ball sehr schnell herunter.
Die Normalkraft ist maßgebend für die Reibungskraft.
Reibung ermöglicht Bremsvorgänge.
LösungDie Normalkraft ist stets die Kraft, die senkrecht zur anliegenden Oberfläche wirkt. In unseren Bildern betrachten wir nur die Kräfte aus dem Gewicht der Kugel. Die Normalkraft ist umso größer, je kleiner die Steigung der schiefen Ebene ist. Das heißt im Falle der senkrechten Wand ist die Normalkraft null, auf der waagerechten Ebene ist die Normalkraft maximal, nämlich genau gleich der Gewichtskraft der Kugel. In den Fällen dazwischen setzt sich die Gesamtkraft aus der Normalkraft und der Hangabtriebskraft zusammen.
Ganz einfach merken kann du es dir so: je scheller ein Ball den Hang herunter rollt, desto kleiner ist die wirkende Normalkraft. Diese ist, wie wir sehen, abhängig von der Geometrie des Hanges und ändert sich mit der Steigung.
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Begründe, warum Autos auf gefrorener Fahrbahn rutschen.
TippsAuch auf Schuhen kann man auf Eis leicht ausrutschen.
Die Reibung ist auch abhängig von einer Materialkonstante.
Was ändert sich, wenn eine Fahrbahn vereist?
LösungDie Reibung ist abhängig von der Masse und der Materialkonstanten der reibenden Flächen. Die Konstante ändert sich durch die Beschaffenheit der Flächen. Für sehr glatte Flächen wie zum Beispiel Gummi auf Eis ist dieser Wert viel geringer als der Wert für raue Flächen etwa Gummi auf Asphalt. Das kennst du daher, dass es auch dir mit deinen Straßenschuhen passieren kann, dass du auf vereister Straße ausrutscht. In beiden Fällen ist die Reibungskraft sehr viel kleiner und man kann leicht die Kontrolle verlieren.
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Entscheide in welchen Fällen Reibung nützlich ist.
TippsMarkiere nur die wirklichen notwendigen Begriffe.
Reibung hilft uns Fahrzeuge zu kontrollieren.
Reibung ist mit Energieverlust verbunden.
LösungReibung kann in manchen Fällen nutzen, in anderen Fällen stört sie uns aber. Durch Reibung ist es uns möglich, das Fahrrad zu bremsen oder um die Kurve zu fahren. Bei diesen Vorgängen wirkt die Reibungskraft sich positiv aus und wir kommen unfallfrei um die Kurve oder rechtzeitig zum Stehen.
Störend ist Reibung hauptsächlich, weil diese Energie verbraucht. Das Rad reibt auf seiner Achse, es entsteht also eine Reibungskraft. Dadurch geht Energie verloren und die Fahrt ist weniger effizient. In diesen Fällen benutzt man Schmiermittel, um den Reibungskoeffizienten zu erhöhen.
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Analysiere, wie man die Reibungsfälle optimieren kann.
TippsRaue Oberflächen haben große Reibungskoeffizienten.
Glatte Oberflächen erzeugen wenig Reibung.
Es ist vom Fall abhängig, ob Reibung günstig oder störend ist.
LösungUm die Reibung zwischen verschiedenen Materialien und Oberflächen zu verändern gibt es viele Möglichkeiten.
Sind die Straßen etwa glatt, so wird ein Streusalz aufgebracht, um die Reibung zu erhöhen und so die Autofahrer vor Unfällen zu bewahren.
In anderen Fällen ist es günstig, die Reibung zu verringern.
Beim Skifahren etwa will man ja, dass die Skier besonders leicht durch den Schnee gleiten. Hier ist ein geringer Reibungskoeffizient günstig.
Ein anderes Beispiel sind die Räder eines Inlineskaters. Diese drehen sich auf ihrer Aufhängung und werden durch Reibung gebremst. Verwenden wir hier ein Schmiermittel, wird die Reibung verringert und es fährt sich leichter.
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Verstehe es immernoch nicht..
Tolles Video!!
Echt suuuupi erklärt!!
;)
:)
Tolles Video!!
Echt suuuupi erklärt!!
;)
:)
gutes video aber man hört störgereuche vieleicht mikroschutz kaufen :D
Grundsätzlich gut erklärt. Jedoch hat die Normalkraft Fn die falsche Richtung und setzt am falschen Punkt an...