Reibung tritt auf zwei Arten auf: kinetisch und statisch. Kinetische Reibung wirkt auf ein Objekt, das auf einer Oberfläche gleitet, während Haftreibung auftritt, wenn Reibung verhindert, dass sich das Objekt bewegt. Ein einfaches, aber effektives Reibungsmodell besteht darin, dass die Reibungskraft f gleich dem Produkt der Normalkraft N und der Reibungskoeffizienten μ ist. Der Koeffizient ist für jedes Paar von Materialien, die sich berühren, unterschiedlich, einschließlich eines Materials, das mit sich selbst interagiert. Die Normalkraft ist die Kraft senkrecht zur Grenzfläche zwischen zwei Gleitflächen, also wie stark sie gegeneinander drücken.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Formel zur Berechnung des Reibungskoeffizienten lautet μ = f÷N. Die Reibungskraft f wirkt immer entgegen der beabsichtigten oder tatsächlichen Bewegung, jedoch nur parallel zur Oberfläche.
Messen Sie die Zeit der Bewegung
Um die Reibungskraft zu messen, stellen Sie ein Experiment auf, bei dem ein Block, der von einer Schnur gezogen wird, die über eine Rolle läuft und an einer hängenden Masse befestigt ist, über eine Schiene gleitet. Starten Sie den Block so weit wie möglich von der Rolle, lassen Sie den Block los und zeichnen Sie die Zeit t auf, die benötigt wird, um eine Strecke L entlang der Schiene zu bewegen. Wenn die hängende Masse gering ist, müssen Sie den Block möglicherweise leicht anstoßen, um ihn in Bewegung zu setzen. Wiederholen Sie diese Messung mit unterschiedlichen Hängemassen.
Reibungskraft berechnen
Berechne die Reibungskraft. Berechnen Sie zunächst Fnet, die Nettokraft auf den Block. Die Gleichung ist
F_{net}=\frac{2ML}{t^2}
wobei M die Masse des Blocks in Gramm ist.
Die auf den Block ausgeübte Kraft, Fapplied, ist der Zug von der Schnur, verursacht durch das Gewicht der hängenden Masse, m. Berechnen Sie die aufgebrachte Kraft, Fapplied=mg, wobei g = 9,81 Meter pro Sekunde im Quadrat, die Gravitationsbeschleunigungskonstante ist.
Berechnen Sie N, die Normalkraft ist das Gewicht des Blocks.
N=Mg
Berechnen Sie nun die Reibungskraft f, die Differenz zwischen der aufgebrachten Kraft und der Nettokraft. Die Gleichung lautet:
f=F_{angewandt}-F_{net}
Zeichnen Sie die Reibungskraft
Zeichnen Sie die Reibungskraft f auf der y-Achse gegen die Normalkraft N auf der x-Achse. Die Steigung gibt Ihnen den kinetischen Reibungskoeffizienten.
Aufzeichnen von Rampendaten
Legen Sie das Objekt an einem Ende auf die Schiene und heben Sie dieses Ende langsam an, um eine Rampe zu bilden. Notieren Sie den Winkel, bei dem der Block gerade zu gleiten beginnt. Bei diesem Winkel ist die wirksame Schwerkraft, die die Rampe hinunter wirkt, nur knapp größer als die Reibungskraft, die das Rutschen des Blocks verhindert. Die Einbeziehung der Reibungsphysik in die Geometrie der schiefen Ebene ergibt eine einfache Formel für der Haftreibungskoeffizient: μ = tan (θ), wobei μ der Reibungskoeffizient und θ der Winkel.