Reibung ist eine Kraft, die der Bewegung entgegenwirkt. Physiker unterscheiden zwischen Haftreibung, die einen Körper in Ruhe hält, und Gleitreibung, die seine Bewegung verlangsamt, sobald er sich zu bewegen beginnt. Die durch Haftreibung ausgeübte Kraft (Fso) ist proportional zur senkrechten Kraft, die ein Körper auf die Oberfläche ausübt, entlang der er sich bewegt, die als Normalkraft bezeichnet wird (FNein). Der Proportionalitätsfaktor wird als Koeffizient des statischen Bruchs bezeichnet, der normalerweise mit dem griechischen Buchstaben mu mit einem tiefgestellten Index bezeichnet wirdso (µso). Der mathematische Zusammenhang lautet:
F_s=\mu_s F_N
Dieser Koeffizient hängt von den Eigenschaften der beiden Oberflächen ab, die sich berühren. Es wurde für eine Reihe von unterschiedlichen Materialien tabelliert. Wenn Sie nicht finden könnenµso für die verwendeten Materialien können Sie dies mit einem einfachen Experiment ermitteln.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
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Um den minimalen Haftreibungskoeffizienten zwischen zwei Materialien zu ermitteln, konstruieren Sie eine geneigte Ebene aus einem der Materialien und platzieren Sie einen Körper aus dem anderen Material darauf. Steigern Sie den Neigungswinkel, bis der Körper zu gleiten beginnt. Der Tangens des Winkels ist der Reibungskoeffizient.
Verwenden Sie eine geneigte Ebene
Eine einfache Methode zur Bestimmungµsobesteht darin, das fragliche Objekt auf einer schiefen Ebene zu platzieren, die aus dem gleichen Material wie die untersuchte Oberfläche besteht. Erhöhen Sie allmählich den Neigungswinkel, bis das Objekt zu gleiten beginnt. Notieren Sie diesen Winkel. Sie können sofort findenµsoweil es gleich der Tangente des Winkels ist. Hier ist der Grund:
Wenn Sie die Steigung erhöhen, wirkt die Schwerkraft auf einen Massenkörperichhat eine horizontale und eine vertikale Komponente. Wendet man das Newtonsche Gesetz auf jeden dieser Bereiche an, kurz bevor sich der Körper zu bewegen beginnt, findet man die horizontale Komponente (die in derx-Richtung) seinFx = max. Das gleiche gilt in derjaRichtung:Fja = maja.
Die Beschleunigung imx-Richtung,max, ist gleich der Schwerkraft, also Masse mal Erdbeschleunigung (G) mal dem Sinus des Winkels (ø) am Drehpunkt der Steigung gebildet. Da sich der Körper nicht bewegt, entspricht dies der Gegenkraft der Haftreibung, und Sie können schreiben:
1. mg\sin{\theta}=F_s
Dasja-Richtungskomponente der Kraft,maja, ist gleich dem Kosinus des Winkels mal der Masse mal der Erdbeschleunigung, und diese muss gleich der Normalkraft sein, da sich der Körper nicht bewegt,
2. F_N=mg\cos{\theta}
Erinnere dich daranFso = µsoFNein. Ersatz fürFsoin Gleichung (1):
mg\sin{\theta}=\mu_s F_N
und verwende die Gleichheit von Gleichung (2), um zu ersetzenFNein:
mg\sin{\theta}=\mu_s mg\cos{\theta}
Der Begriff "mg" storniert von beiden Seiten:
\mu_s=\frac{\sin{\theta}}{\cos{\theta}}=\tan{\theta}
