Haftreibung ist eine Kraft, dieüberwindendamit etwas in Gang kommt. Zum Beispiel kann jemand auf ein feststehendes Objekt wie eine schwere Couch drücken, ohne dass es sich bewegt. Aber wenn sie härter drücken oder die Hilfe eines starken Freundes in Anspruch nehmen, wird es die Reibungskraft überwinden und sich bewegen.
Während die Couch still steht,Haftreibungskraft gleicht die aufgebrachte Kraft des Stoßes aus. Deshalb,die Haftreibungskraft steigt linear mit der wirkenden Kraft in die entgegengesetzte Richtung, bis er einen Maximalwert erreicht und sich das Objekt gerade zu bewegen beginnt. Danach erfährt das Objekt keinen Widerstand mehr durch Haftreibung, sondern durch Gleitreibung.
Die Haftreibung ist normalerweise eine größere Reibungskraft als die Gleitreibung – es ist schwieriger, eine Couch über den Boden zu schieben, als sie am Laufen zu halten.
statischer Reibungskoeffizient
Haftreibung entsteht durch molekulare Wechselwirkungen zwischen dem Objekt und der Oberfläche, auf der es sich befindet. Somit liefern unterschiedliche Oberflächen unterschiedliche Mengen an Haftreibung.
Der Reibungskoeffizient, der diesen Unterschied in der Haftreibung für verschiedene Oberflächen beschreibt, istμso.Sie kann in einer Tabelle, wie der mit diesem Artikel verlinkten, gefunden oder experimentell berechnet werden.
Gleichung für statische Reibung
Wo:
- Fso= Haftreibungskraft in Newton (N)
- μso = Haftreibungskoeffizient (keine Einheiten)
- FNein = Normalkraft zwischen den Flächen in Newton (N)
Die maximale Haftreibung wird erreicht, wenn die Ungleichung zu einer Gleichheit wird, an welchem Punkt eine andere Reibungskraft übernimmt, wenn sich das Objekt zu bewegen beginnt. (Die Kraft der kinetischen oder Gleitreibung hat einen anderen damit verbundenen Koeffizienten, der als kinetischer Reibungskoeffizient bezeichnet wird und als bezeichnet wirdμk .)
Beispielrechnung mit statischer Reibung
Ein Kind versucht, eine 10-kg-Gummibox horizontal über einen Gummiboden zu schieben. Der Haftreibungskoeffizient beträgt 1,16. Was ist die maximale Kraft, die das Kind ausüben kann?ohnebewegt sich die Kiste überhaupt?
[Ein Freikörperdiagramm einfügen, das die aufgebrachten, Reibungs-, Gravitations- und Normalkräfte auf die Destillierbox zeigt]
Beachten Sie zunächst, dass die Nettokraft 0 ist und ermitteln Sie die Normalkraft der Oberfläche auf der Box. Da sich die Kiste nicht bewegt, muss diese Kraft betragsmäßig gleich der in entgegengesetzter Richtung wirkenden Gravitationskraft sein. Erinnere dich daranFG = mgwoFGist die Schwerkraft,ichist die Masse des Objekts undGist die Erdbeschleunigung aufgrund der Schwerkraft.
So:
F_N=F_g=10\times 9,8 = 98\text{ N}
Dann löse nach Fso mit obiger Gleichung:
F_s=\mu_s\mal F_N=1,16\mal 98 = 113,68\text{ N}
Dies ist die maximale statische Reibungskraft, die der Bewegung des Kastens entgegenwirkt. Daher ist es auch die maximale Kraft, die das Kind aufbringen kann, ohne dass sich die Box bewegt.
Beachten Sie, dass, solange das Kind Kraft ausübtkleiner als der Maximalwert der Haftreibung, die Box bewegt sich immer noch nicht!
Haftreibung auf geneigten Ebenen
Haftreibung wirkt nicht nur den aufgebrachten Kräften entgegen. Es verhindert, dass Objekte Hügel oder andere geneigte Oberflächen hinunterrutschen, und widersteht der Schwerkraft.
Bei einem Winkel gilt die gleiche Gleichung, jedoch ist Trigonometrie erforderlich, um die Kraftvektoren in ihre horizontalen und vertikalen Komponenten aufzulösen.
Stellen Sie sich ein 2 kg schweres Buch vor, das auf einer schiefen Ebene bei 20 Grad ruht. Damit das Buch still bleibt,Kräfte parallel zur schiefen Ebene müssen ausgeglichen werden. Wie das Diagramm zeigt, ist die Haftreibungskraft nach oben parallel zur Ebene; die entgegengesetzte nach unten gerichtete Kraft kommt von der Schwerkraft – in diesem Fall jedochnur die horizontale Komponente der Gravitationskraftgleicht die Haftreibung aus.
Indem man ein rechtwinkliges Dreieck von der Schwerkraft abzieht, um seine Komponenten aufzulösen, und a kleine Geometrie, um herauszufinden, dass der Winkel in diesem Dreieck gleich dem Neigungswinkel der Ebene ist, dashorizontale Komponente der Gravitationskraft(die Komponente parallel zur Ebene) ist dann:
F_{g, x}=mg\sin{\theta}=2\times 9,8\times\sin{20}=6,7\text{ N}
Diese muss gleich der Haftreibungskraft sein, die das Buch an Ort und Stelle hält.
Ein weiterer Wert, der in dieser Analyse gefunden werden kann, ist der Haftreibungskoeffizient. Die Normalkraft istaufrechtzur Oberfläche, auf der das Buch ruht. Diese Kraft muss also seinmit der vertikalen Komponente ausgeglichender Schwerkraft:
F_{g, y}=mg\cos{\theta}=2\times 9,8\times\cos{20}=18.4\text{ N}
Dann ordnen Sie die Gleichung für die Haftreibung neu:
\mu_s=\frac{F_s}{F_N}=\frac{6.7}{18.4}=0.364