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Reibungskraft

Reibungskraft berechnen

Auf dieser Seite könnten Sie die Reibungskraft berechnen lassen. Geben Sie dazu unten die Normalkraft (Kraft senkrecht zur Fläche) sowie die Reibungskoeffizient an.

Normalkraft (Kraft senkrecht zur Fläche) [N]  
Reibungskoeffizient  

Die Reibung ist ein Begriff aus der Physik. Sie beschreibt die Kraft, die der Beschleunigung eines Körpers durch äußere Gegebenheiten entgegenwirkt. Die Reibung wird auch Friktion oder Hemmung genannt. Die Reibung entsteht, weil die eigene Masse des Körpers sich an der Masse der Umgebung reibt. Diese Masse ist zum Beispiel auch die Luft. Der Luftwiderstand eines Fahrzeuges zum Beispiel ist daher nichts anderes als Reibungskraft. Da dieser Widerstand auch durch feste Stoffe verursacht werden kann, ist auch von Reibungswiderstand die Rede. Im Wesentlichen wird zwischen unterschiedlichen Reibungsarten unterschieden.

Die äußere Reibung, auch Festkörperreibung genannt, ist die Kraft, die auftritt, wenn zwei feste Körper sich berühren. Die Kraft tritt in diesem Falle an den Kontaktflächen ein. Sie wird auch nach dem Physiker Charles Augustin de Coulomb als Coulombsche Reibung bezeichnet. Die äußere Reibung wird unterteilt in Haftreibung und Gleitreibung. Während die Haftreibung die Kraft beschreibt, die verhindert, daß ein Körper aus dem unbewegten Zustand in einen bewegten Zustand übergeht, so beschreibt die Gleitreibung den Widerstand, der während der Bewegung dieser entgegenwirkt. In beiden Fällen entsteht diese Reibung durch den Kontakt zweier fester Stoffe an deren Auflagefläche. Wir begegnen der Haftreibung in den einfachsten Situationen des Alltages. Die Haftreibung bewirkt zum Beispiel, daß ein Körper an der vorgesehenen Position bleibt.

Gartenmöbel, die dem Wind ausgesetzt sind, würden ohne diese Haftreibung durch selbigen auf des Nachbars Grundstück bewegt. Abgestellte Fahrzeug würden ohne diese Kraft nicht an Ort und Stelle bleiben. Eine Fortbewegung wäre ebenfalls nicht möglich, da die so genannte Traktion es erst ermöglicht, daß die aufgewendete Kraft des Rades oder des Fußes auf den Untergrund zur Wirkung kommt. Die Gleitreibung ist deutlich geringer als die Haftreibung. Auch hier sei ein Beispiel aus der Praxis genannt. Ein Buch, das sich auf einem Regalbrett befindet, bleibt zunächst an Ort und Stelle. Wendet man nun Beschleunigungskraft in Form der Gravitationskraft auf, indem man das Brett an einer Seit anhebt und dadurch eine Neigung verursacht, geschieht bis zu einem gewissen Punkt nichts.

Wenn aber die Neigung des Regalbretts steigt, ist irgendwann genügend Gravitationskraft vorhanden, um die Haftreibung aufzuheben das Buch gerät ins Rutschen. Obwohl nun das Brett nicht weiter angehoben wird, nimmt die Geschwindigkeit des gleitenden Buches zu, da jetzt nur noch der Gleitreibung entgegengewirkt wird. Die Reibung wird je nach Anwendung mit den Begriffen Rollreibung, Bohrreibung und Seilreibung genannt. Die Rollreibung ist noch geringer als die Haftreibung. Dieser Effekt wurde durch die Erfindung des Rades durch den Menschen nutzbar gemacht.

Berechnung

Um die Reibungskraft zu berechnen, benötigen wir zwei Größen. Zum einen müssen wir die Masse des zu bewegenden Körpers kennen. Zum Anderen benötigen wir die so genannte Reibungszahl. Diese Zahl gibt das spezifische Maß an, das auf der Oberfläche der sich berührenden Körper wirkt. Dieser Reibungskoeffizient ist abhängig vom Material der beiden sich berührenden Körper. Nehmen wir an, wir wollen ein Stück Holz über einen Steinboden ziehen. Das Stück Holz soll 10 kg schwer sein. Der Reibungskoeffizient ist 0,70 für die Haftreibung.

Die Formel lautet: Reibung = Masse x Reibungskoeffizient.

Das Ergebnis lautet also 10 x 0,70 = 7

Maßeinheiten: Die Masse des Körpers wird in diesem Falle als Kraft angegeben und zwar als die Kraft, die auf die senkrechte Fläche wirkt. Die Kraft wird in Newton (N) angegeben.
Der Reibungskoeffizient ist eine bezugslose Größe und hat daher keine Maßeinheit.

Benutzung des online Rechners

Der kostenlose Rechner nimmt uns die Berechnung ab. In die entsprechenden Felder müssen nur die Werte für die Masse des Körpers und der Reibungskoeffizient eingegeben werden. Das Ergebnis erscheint nach Betätigen des "Berechnen"-Buttons.


Häufig gestellte Fragen

Beispielrechnung für die Reibungskraft aus der Praxis

Ein Würfel aus Aluminium drückt mit einer Gewichtskraft von 100 N senkrecht auf eine Unterlage (ebenfalls aus Aluminium). Der Gleitreibungskoeffizient für die Kombination der beteiligten Materialien liegt bei 1,04. Wie groß ist die Reibungskraft, wenn die Körper bereits in Bewegung sind?

FR    = µ *  FN    
    = 1,04 * 100 N
    = 104 N

Anmerkung:
Aus dem Ruhezustand wäre die Reibungskraft in diesem Fall nur unwesentlich höher, der Reibungskoeffizient beträgt in diesem Fall bei der genannten Materialpaarung 1,05.

 

Was versteht man unter Reibungskraft?

Reibung wird auch als Friktion bezeichnet und kann als die Hemmung einer Bewegung verstanden werden. Sie tritt grundsätzlich zwischen aneinandergrenzenden Festkörpern auf („äußere Reibung“), aber auch zwischen Teilchen innerhalb von Körpern („innere Reibung“).

Die innere Reibung tritt hauptsächlich in flüssigen und gasförmigen Zuständen auf. Sie ist deutlich schwerer erfassbar als die äußere Reibung, so dass sich alle nachfolgenden Ausführungen auf die äußere Reibung beziehen. Lediglich als Beispiel für die innere Reibung sei deshalb das Gebiet der Schmierstoffe genannt – wo entsprechend geringe Reibungswerte ein besseres Fließverhalten und damit verschleißarmen Betrieb speziell beim Kaltstart von Motoren ermöglichen.

Die äußere Reibung wird in eine Reihe von Betriebszuständen unterteilt, wovon die bekanntesten wohl die Haftreibung und die Gleitreibung sind.

 

Wie berechnet man die Reibungskraft?

Da die Reibung eine Bewegung hemmt, ist die Reibungskraft einer angreifenden Kraft immer entgegen gerichtet. Häufig wird dies mit meinem negativen Vorzeichen ausgedrückt.

Die Reibungskraft (Formelzeichen FR) nimmt dabei beinah linear mit steigender Normalkraft (FN) zu. Die benannte Normalkraft ist dabei die Kraft, mit der der Körper senkrecht auf seine Unterlage – also die Fläche, zu der Reibung besteht – drückt. Diese Kraft kann auch als Gewichtskraft bezeichnet werden.

Die Stärke der Reibung wird von den Reibungskoeffizienten µ der beteiligten Oberflächen bestimmt. Der Reibungskoeffizient kann dabei auf die Beschaffenheit der Oberflächen zurückgeführt werden und wird meist experimentell bestimmt. Er ist im Falle von Haftreibung grundsätzlich größer als bei Gleitreibung.

Die allgemeine Formel für die Berechnung der Reibungskraft wird aus der Normalkraft und dem Reibungskoeffizienten zusammengesetzt:

FR = µ * FN (Angabe in N)

 

Wo findet die Berechnung der Reibungskraft ihr Einsatzgebiet?

Grundsätzlich sind zwei, auf verschiedene Anwendungen bezogene Fälle zu unterscheiden:

Die Reibungskraft soll möglichst klein sein.

Hier können als Beispiel alle Anwendungen herangezogen werden, bei denen Reibung ungewollte Verluste verursacht. Bei jeglicher Art von Maschinenlagern (gleich ob es sich dabei um Gleit- oder Kugellager handelt) ist immer eine möglichst kleine Reibung zwischen den Lagerelementen erwünscht.

Die Reibungskraft soll möglichst groß sein.

Auch dieser Betriebszustand kann am Beispiel von Maschinenlagern nachvollzogen werden. Die Passung, in die die eigentliche Welle eingepresst ist, soll eine möglichst große Reibung ermöglichen – andernfalls würde die Welle im Lager durchrutschen!

In beiden Teilbetrachtungen ist die Kenntnis der zu erwartenden Reibungskräfte von großer Bedeutung. Einerseits muss vor dem Einsatz eines Lagers gegebenenfalls über eine entsprechende Temperierung nachgedacht werden, um Überhitzung zu vermeiden. Andererseits gilt es auch die richtigen Grenzwerte für die übertragbaren Kräfte in Form einer Spezifikation festzuschreiben.

 



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