Reibungsarten, Koeffizient, Berechnung, Übungen

Das Reibung ist der Widerstand gegen Verschiebung einer Oberfläche, die mit einer anderen in Kontakt steht. Es ist ein Oberflächenphänomen, das zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Materialien auftritt. Die Widerstandskraft tangential zu zwei sich berührenden Flächen, die der Richtung der relativen Verschiebung zwischen diesen Flächen entgegengesetzt ist, wird auch als Reibungskraft oder Reibungskraft bezeichnet F._r.

Um einen festen Körper auf einer Oberfläche zu bewegen, muss eine äußere Kraft ausgeübt werden, die die Reibung überwinden kann. Wenn sich der Körper bewegt, wirkt die Reibungskraft auf den Körper, verlangsamt ihn und kann ihn sogar stoppen..

Die Reibungskraft kann grafisch durch das Kraftdiagramm eines Körpers in Kontakt mit einer Oberfläche dargestellt werden. In diesem Diagramm die Reibungskraft F._r wird entgegen der Komponente der Kraft gezeichnet, die auf den Körper tangential zur Oberfläche ausgeübt wird.

Die Kontaktfläche übt eine Reaktionskraft auf den Körper aus, die als Normalkraft bezeichnet wird N.. In einigen Fällen ist die Normalkraft nur auf das Gewicht zurückzuführen P. des Körpers, der auf der Oberfläche ruht, und in anderen Fällen ist es auf andere aufgebrachte Kräfte als die Schwerkraft zurückzuführen.

Reibung tritt auf, weil zwischen den berührenden Oberflächen mikroskopische Rauheiten bestehen. Beim Versuch, eine Oberfläche über die andere zu bewegen, tritt Reibung zwischen den Rauheiten auf, die eine freie Bewegung an der Grenzfläche verhindern. Energieverluste treten wiederum in Form von Wärme auf, die nicht zur Bewegung des Körpers verwendet wird.

Artikelverzeichnis

• 1 Arten von Reibung
  • 1.1 -Coulomb-Reibung
  • 1.2 -Fluidreibung
  • 1.3 - Schürt die Reibung
• 2 Reibungskoeffizienten
  • 2.1 Haftreibungskoeffizient
  • 2.2 Kinetischer Reibungskoeffizient
  • 2.3 Elastizitätsreibungskoeffizient
  • 2.4 Molekularer Reibungskoeffizient
• 3 Wie wird die Reibung berechnet??
  • 3.1 Eigenschaften des Normalen
• 4 Gelöste Übungen
  • 4.1 - Reibungskraft eines Objekts, das auf einer horizontalen Fläche ruht
  • 4.2 - Reibungskraft eines Objekts unter Einwirkung einer Kraft mit einem Neigungswinkel
  • 4.3 -Fiktion in einem fahrenden Fahrzeug
• 5 Referenzen

Arten der Reibung

Es gibt zwei Hauptarten der Reibung: Reibung von Coulomb oder Trockenreibung und Flüssigkeitsreibung.

-Coulomb-Reibung

Reibung Coulomb widersetzt sich immer der Bewegung von Körpern und ist in zwei Arten von Reibung unterteilt: statische Reibung und kinetische (oder dynamische) Reibung.

Bei Haftreibung gibt es keine Bewegung des Körpers auf der Oberfläche. Die aufgebrachte Kraft ist sehr gering und reicht nicht aus, um die Reibungskraft zu überwinden. Reibung hat einen Maximalwert, der proportional zur Normalkraft ist und als statische Reibungskraft bezeichnet wird F._Re.

Die Kraft der Haftreibung ist definiert als die maximale Kraft, die dem Beginn der Bewegung des Körpers widersteht. Wenn die aufgebrachte Kraft die Haftreibungskraft überschreitet, bleibt sie auf ihrem Maximalwert.

Kinetische Reibung wirkt, wenn der Körper bereits in Bewegung ist. Die Kraft, die erforderlich ist, um den Körper mit Reibung in Bewegung zu halten, wird als kinetische Reibungskraft bezeichnet. F._rc.

Die kinetische Reibungskraft ist kleiner oder gleich der statischen Reibungskraft, da es einfacher ist, sich weiter zu bewegen, wenn der Körper sich zu bewegen beginnt, als dies in Ruhe zu versuchen..

Coulombs Reibungsgesetze

1. Die Reibungskraft ist direkt proportional zur Kraft senkrecht zur Kontaktfläche. Die Proportionalitätskonstante ist der Reibungskoeffizient μ das existiert zwischen den Kontaktflächen.
2. Die Reibungskraft ist unabhängig von der Größe der scheinbaren Kontaktfläche zwischen den Oberflächen.
3. Die kinetische Reibungskraft ist unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit des Körpers.

-Flüssigkeitsreibung

Reibung tritt auch auf, wenn sich Körper in Kontakt mit flüssigen oder gasförmigen Materialien bewegen. Diese Art der Reibung wird als Flüssigkeitsreibung bezeichnet und ist definiert als der Widerstand gegen die Bewegung von Körpern, die mit einer Flüssigkeit in Kontakt stehen.

Flüssigkeitsreibung bezieht sich auch auf den Strömungswiderstand eines Fluids in Kontakt mit Fluidschichten desselben oder eines anderen Materials und hängt von der Geschwindigkeit und Viskosität des Fluids ab. Die Viskosität ist das Maß für den Bewegungswiderstand einer Flüssigkeit.

-Schürt die Reibung

Stokes-Reibung ist eine Art von Flüssigkeitsreibung, bei der kugelförmige Partikel, die in eine viskose Flüssigkeit eingetaucht sind, in laminarer Strömung eine Reibungskraft erfahren, die ihre Bewegung aufgrund von Schwankungen in den Molekülen der Flüssigkeit verlangsamt..

Die Strömung ist laminar, wenn die viskosen Kräfte, die der Bewegung des Fluids entgegenwirken, größer sind als die Trägheitskräfte und sich das Fluid mit einer ausreichend geringen Geschwindigkeit und auf einem geradlinigen Weg bewegt.

Reibungskoeffizienten

Nach dem ersten Reibungsgesetz von Coulomb der Reibungskoeffizient μ ergibt sich aus der Beziehung zwischen der Reibungskraft und der Kraft senkrecht zur Kontaktfläche.

μ = F._r/.N.

Der Koeffizient μ Es ist eine dimensionslose Größe, da es sich um eine Beziehung zwischen zwei Kräften handelt, die von der Art und Behandlung der in Kontakt stehenden Materialien abhängt. Im Allgemeinen liegt der Wert des Reibungskoeffizienten zwischen 0 und 1.

Statischer Reibungskoeffizient

Der Haftreibungskoeffizient ist die Proportionalitätskonstante, die zwischen der Kraft, die die Bewegung eines Körpers in einem Ruhezustand auf einer Kontaktfläche verhindert, und der Kraft senkrecht zur Oberfläche besteht.

μ_und= F._Re/ N.

Kinetischer Reibungskoeffizient

Der kinetische Reibungskoeffizient ist die Proportionalitätskonstante, die zwischen der Kraft, die die Bewegung eines sich auf einer Oberfläche bewegenden Körpers einschränkt, und der Kraft senkrecht zur Oberfläche besteht.

μ_c= F._rc/ N.

Der Haftreibungskoeffizient ist größer als der kinetische Reibungskoeffizient.

μ_s> μ_c

Elastischer Reibungskoeffizient

Der elastische Reibungskoeffizient ergibt sich aus der Reibung zwischen Kontaktflächen elastischer, weicher oder rauer Materialien, die durch aufgebrachte Kräfte verformt werden. Die Reibung wirkt der Relativbewegung zwischen zwei elastischen Oberflächen entgegen und die Verschiebung geht mit einer elastischen Verformung der Oberflächenschichten des Materials einher..

Der unter diesen Bedingungen erhaltene Reibungskoeffizient hängt vom Grad der Oberflächenrauheit, den physikalischen Eigenschaften der berührenden Materialien und der Größe der Tangentialkomponente der Scherkraft an der Grenzfläche der Materialien ab..

Molekularer Reibungskoeffizient

Der molekulare Reibungskoeffizient ergibt sich aus der Kraft, die die Bewegung eines Partikels einschränkt, das auf einer glatten Oberfläche oder durch eine Flüssigkeit gleitet.

Wie wird die Reibung berechnet??

Die Reibungskraft an festen Grenzflächen wird unter Verwendung der Gleichung berechnet F._r = μN

N. ist die Normalkraft und μ ist der Reibungskoeffizient.

In einigen Fällen entspricht die Normalkraft dem Körpergewicht P.. Das Gewicht wird durch Multiplikation der Masse erhalten m des Körpers durch die Beschleunigung der Schwerkraft G.

P.= mg

Das Einsetzen der Gewichtsgleichung in die Reibungskraftgleichung ergibt:

F._r = μmg

Eigenschaften des Normalen

Wenn ein Objekt auf einer ebenen Fläche ruht, ist die Normalkraft diejenige, die von der Oberfläche auf den Körper ausgeübt wird, und sie widerspricht der Kraft aufgrund der Schwerkraft gemäß dem Newtonschen Wirkungs- und Reaktionsgesetz..

Die Normalkraft wirkt immer senkrecht zur Oberfläche. Auf einer geneigten Oberfläche nimmt die Normale mit zunehmendem Neigungswinkel ab und zeigt in senkrechter Richtung von der Oberfläche weg, während das Gewicht vertikal nach unten zeigt. Die Gleichung der Normalkraft auf eine geneigte Fläche lautet:

N = mgcosθ

θ = Neigungswinkel der Kontaktfläche.

Die Komponente der Kraft, die auf den Körper wirkt, um ihn zu gleiten, ist:

F = mgsenθ

Wenn die aufgebrachte Kraft zunimmt, nähert sie sich dem Maximalwert der Reibungskraft, wobei dieser Wert der statischen Reibungskraft entspricht. Wann  F = F._Re, Die Haftreibungskraft beträgt:

F._Re= mgsenθ

Und der Haftreibungskoeffizient wird durch die Tangente des Neigungswinkels erhalten θ.

μ_und = soθ

Gelöste Übungen

-Reibungskraft eines auf einer horizontalen Fläche liegenden Objekts

Eine 15-kg-Box, die auf einer horizontalen Oberfläche platziert ist, wird von einer Person geschoben, die eine Kraft von 50 Newton auf eine Oberfläche ausübt, um sie zu bewegen, und dann eine Kraft von 25 N aufbringt, um die Box mit einer konstanten Geschwindigkeit in Bewegung zu halten. Bestimmen Sie die statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten.

Lösung: Mit dem Wert der Kraft, die zum Bewegen der Box ausgeübt wird, wird der Haftreibungskoeffizient erhalten μ_und.

μ_und= F._Re/ N.

Normale Kraft N. an die Oberfläche ist gleich dem Gewicht der Box, also N = mg

N = 15 kg × 9,8 m / s^zwei

N = 147Neu

In diesem Fall, μ_und= 50New / 147New

μ_und= 0,34

Die Kraft, die angewendet wird, um die Geschwindigkeit des Kastens konstant zu halten, ist die kinetische Reibungskraft, die 25New entspricht.

Der kinetische Reibungskoeffizient ergibt sich aus der Gleichung μ_c= F._rc / N.

μ_c= 25New / 147New

μ_c= 0,17

-Reibungskraft eines Objekts unter Einwirkung einer Kraft mit einem Neigungswinkel

Ein Mann übt eine Kraft auf eine 20-kg-Box mit einem Aufbringungswinkel von 30 ° in Bezug auf die Oberfläche aus, auf der sie ruht. Wie groß ist die Kraft, die zum Bewegen der Box ausgeübt wird, wenn der Reibungskoeffizient zwischen der Box und der Oberfläche 0,5 beträgt??

Lösung: Die aufgebrachte Kraft und ihre vertikalen und horizontalen Komponenten werden im Freikörperdiagramm dargestellt.

Die aufgebrachte Kraft bildet mit der horizontalen Fläche einen Winkel von 30 °. Die vertikale Komponente der Kraft erhöht die Normalkraft, die die Kraft der Haftreibung beeinflusst. Die Box bewegt sich, wenn die horizontale Komponente der ausgeübten Kraft den Maximalwert der Reibungskraft überschreitet F._Re. Das Gleichsetzen der horizontalen Kraftkomponente mit der statischen Reibung ergibt:

F._Re = Fcosθ                       [1]

F._Re= μ_und.N.                          [zwei]

μ_und.N = Fcos & thgr;                      [3]

normale Stärke

Die Normalkraft ist aufgrund der vertikalen Kraftkomponente nicht mehr das Gewicht des Körpers.

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ist die Summe der auf die Box auf der vertikalen Achse wirkenden Kräfte Null, daher ist die vertikale Komponente der Beschleunigung zu_Y.= 0. Die Normalkraft ergibt sich aus der Summe

F sin30 ° + N - P = 0                      [4]

P = mg                                        [5]

F sin 30 ° + N - m.g = 0                [6]

N = m - F sin 30 °                      [7]

Das Einsetzen von Gleichung [7] in Gleichung [3] ergibt Folgendes:

μ_und. (mg - F sin 30 °) = Fcos 30 °     [8]

Löscht F. aus Gleichung [8] erhalten wir:

F = μ_und . mg / (cos 30 ° + μ_und sin 30 °) = 0,5 x 20 kg x 9,8 m / s^zwei / (0,87+ (0,5 × 0,5)) =

F = 87,5Neu

-Reibung in einem fahrenden Fahrzeug

Ein 1,5-Tonnen-Fahrzeug fährt auf einer geraden und horizontalen Straße mit einer Geschwindigkeit von 70 km / h. Der Fahrer sieht in einer bestimmten Entfernung Hindernisse auf der Straße, die ihn zwingen, scharf zu bremsen. Nach dem Bremsen rutscht das Fahrzeug kurz, bis es zum Stillstand kommt. Wenn der Reibungskoeffizient zwischen Reifen und Straße 0,7 beträgt; Bestimmen Sie Folgendes:

1. Was ist der Wert der Reibung, während das Fahrzeug rutscht??
2. Fahrzeugverzögerung
3. Die vom Fahrzeug zurückgelegte Strecke vom Bremsen bis zum Anhalten.

Lösung::

Absatz a

Das Freikörperbild zeigt die Kräfte, die beim Schleudern auf das Fahrzeug wirken..

Da die Summe der auf die vertikale Achse wirkenden Kräfte Null ist, ist die Normalkraft gleich dem Gewicht des Fahrzeugs.

N = mg

m = 1,5 t = 1500 kg

N = 1500 kg × 9,8 m / s^zwei= 14700Neu

Die Reibungskraft des Fahrzeugs beim Schleudern beträgt:

F._r = μN = 0,7 × 14700Neu

= 10290 Neu

Abschnitt b

Die Reibungskraft beeinflusst die Verlangsamung des Fahrzeugs beim Schleudern.

Durch Anwendung des zweiten Newtonschen Gesetzes wird der Wert der Verzögerung durch Lösen nach der Gleichung erhalten F = m.a.

a = F / m

a = (-10290 Neu) / 1500 kg

= -6,86 m / s^zwei

Abschnitt c

Die Anfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs beträgt v₀ = 70 km / h = 19,44 m / s

Wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt, ist seine Endgeschwindigkeit v_F. = 0 und die Verzögerung ist a = -6,86 m / s^zwei

Die vom Fahrzeug zurückgelegte Strecke vom Bremsen bis zum Anhalten wird durch Löschen ermittelt d aus der folgenden Gleichung:

v_F.^zwei = v₀^zwei+2ad

d = (v_F.^zwei - v₀^zwei) / 2nd

= ((0)^zwei-(19,44 m / s)^zwei) / (2x (-6,86 m / s^zwei))

d = 27,54 m

Das Fahrzeug fährt 27,54 m vor dem Anhalten weg.

 Verweise

1. Berechnungen des Reibungskoeffizienten unter elastischen Kontaktbedingungen. Mikhin, N. M. 2, 1968, Soviet Materials Science, Vol. 4, pp. 149-152.
2. Blau, P J.. Reibungswissenschaft und -technologie. Florida, USA: CRC Press, 2009.
3. Beziehung zwischen Adhäsions- und Reibungskräften. Israelachvili, J. N., Chen, You-Lung und Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pp. 1231-1249.
4. Zimba, J.. Kraft und Bewegung. Baltimore, Maryland: Die Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B.. Prinzipien und Anwendungen der Tribologie. New York: John Wiley and Sons, 1999.
6. Sharma, C S und Purohit, K.. Theorie der Mechanismen und Maschinen. Neu-Delhi: Prentice Hall of India, 2006.