Reibung

Reibung Übung

• Zeige auf, welche physikalischen Größen benötigt werden, um die Reibungskraft zu berechnen.

  Tipps

  Ein Auto rutscht nur auf vereister Fahrbahn.

  Bei der Reibung ist die Kraft senkrecht zur Reibungsfläche entscheidend.

  Lösung

  Aus 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.

• Gib die Größen an, die die Reibung des Schlittens beeinflussen.

  Tipps

  Im 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.

  Lösung

  Die 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.

• Ordne die entstehenden Normalkräfte.

  Tipps

  Einen steilen Hang rollt ein Ball sehr schnell herunter.

  Die Normalkraft ist maßgebend für die Reibungskraft.

  Reibung ermöglicht Bremsvorgänge.

  Lösung

  Die 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.

• Begründe, warum Autos auf gefrorener Fahrbahn rutschen.

  Tipps

  Auch auf Schuhen kann man auf Eis leicht ausrutschen.

  Die Reibung ist auch abhängig von einer Materialkonstante.

  Was ändert sich, wenn eine Fahrbahn vereist?

  Lösung

  Die 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.

• Entscheide in welchen Fällen Reibung nützlich ist.

  Tipps

  Markiere nur die wirklichen notwendigen Begriffe.

  Reibung hilft uns Fahrzeuge zu kontrollieren.

  Reibung ist mit Energieverlust verbunden.

  Lösung

  Reibung 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.

• Analysiere, wie man die Reibungsfälle optimieren kann.

  Tipps

  Raue Oberflächen haben große Reibungskoeffizienten.

  Glatte Oberflächen erzeugen wenig Reibung.

  Es ist vom Fall abhängig, ob Reibung günstig oder störend ist.

  Lösung

  Um 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.