Reibung ist eine physische Kraft, die entsteht, wenn sich zwei Oberflächen berühren und verhindern, dass sie relativ zueinander verrutschen. Sie haben vielleicht bemerkt, dass Sie beim Versuch, ein schweres Objekt zu bewegen, mehr Kraft aufbringen müssen, als wenn Sie es über eine bereits bewegliche Oberfläche gleiten. Dieses Phänomen liegt daran, dass die Reibungskraft der Ruhe geringer ist als die Gleitreibkraft.
Die Reibungskraft der Ruhe tritt auf, wenn sich zwei Oberflächen relativ zueinander in Ruhe befinden und eine von ihnen versucht, sich zu bewegen. In diesem Fall bilden sich mikroskopische Unregelmäßigkeiten zwischen den Oberflächen, die aneinander hängen und Widerstand gegen Bewegung erzeugen. Wenn das Objekt jedoch verschoben werden muss, wird die Reibungskraft der Ruhe überwunden und die Unregelmäßigkeiten beginnen übereinander zu gleiten.
Im Gegensatz zur Ruhe-Reibkraft tritt die Gleitreibkraft auf, wenn sich ein Gegenstand bereits bewegt. Die Oberflächen, mit denen ein sich bewegendes Objekt in Kontakt kommt, berühren sich und bilden wieder Unebenheiten, aber in diesem Fall ist der Bewegungswiderstand nicht mehr so stark, da sich ein Schmiermittelfilm zwischen den Unebenheiten bildet.
Ursachen für geringere Ruheriebkraft im Vergleich zur Gleitreibkraft
Die Hauptgründe, warum die Reibungskraft der Ruhe kleiner ist als die Gleitreibkraft, sind:
- Intermolekulare Wechselwirkungen. Die Reibungskraft ist auf die Wechselwirkung von Oberflächenmolekülen zurückzuführen. Im Falle der Reibungskraft der Ruhe gibt es Anziehungskräfte zwischen den Molekülen, die die Oberflächen in Ruhe halten. Im Falle der Gleitreibkraft treten bei Bewegung zusätzliche intermolekulare Abstoßungskräfte auf, was zu einer größeren Reibungskraft führt.
- Oberflächenkrümmung. Aufgrund der Krümmung der Oberflächen ist bei der Reibungskraft der Kontaktpunkt der beiden Oberflächen kleiner als bei der Gleitreibkraft. Dies führt zu einer Verringerung der Kontaktfläche und somit zu einer Verringerung der Reibungskraft der Ruhe.
- Das Vorhandensein von Abstrichen. Im Falle einer Ruheriebkraft kann eine Abstrichschicht zwischen den Oberflächen vorhanden sein, die die Reibung reduziert. Der Abstrich kann entweder auf natürliche Weise (z. B. durch das Vorhandensein einer Flüssigkeit) oder durch ein Schmiermittel gebildet werden. Mit der Gleitreibkraft ist der Abstrich zerknittert und der Reibungswiderstand erhöht sich.
- Verformung der Oberflächen. Während der Gleitreibkraft können sich die Oberflächen verformen und neu anordnen, was die Reibung erhöht. Im Falle einer Ruheriebkraft verhindern die Haltekräfte zwischen den Molekülen, dass sich die Oberflächen verformen und die Reibung bleibt geringer.
Im Allgemeinen ist die Reibungskraft der Ruhe aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Molekülen, Krümmung der Oberflächen, Vorhandensein von Abstrichen und Verformung der Oberflächen geringer als die Gleitreibkraft. Diese Faktoren bestimmen je nach Zustand der Oberflächen das unterschiedliche Reibungsverhalten.
Glatte Oberfläche und keine Mikroneration
Wenn wir zwei Körper betrachten, die in Kontakt stehen und Reibung erfahren, können wir feststellen, dass bei Ruhe zwischen diesen Körpern ein sogenanntes "Vakuum" der Schmierung entsteht. Die glatte Oberfläche und die Abwesenheit von Mikroneraten ermöglichen eine geringere Reibungskraft, um die Körper in Ruhe zu halten.
Beim Gleiten bewegen sich die Körper jedoch gegenseitig relativ zueinander. In diesem Fall behindern die Mikronerosigkeiten der sich berührenden Oberflächen die Bewegung und erzeugen eine größere Reibungskraft.
Daher spielen eine glatte Oberfläche und keine Mikronerität eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Reibungskraft. Je glatter die Oberfläche ist, desto weniger Reibung und desto leichter ist es, den Ruhekörper zu bewegen. Gleichzeitig erhöht das Vorhandensein von Mikroneraten die Reibungskraft beim Gleiten erheblich.
Elastische Verformung der Oberfläche
Die Oberflächenverformung tritt unter dem Einfluss des Drucks eines anderen Körpers oder der angewendeten Kraft auf. Wenn nur eine normale Kraft auf die Oberfläche wirkt, verformt sich die Oberfläche in Richtung Normal, dh es tritt hauptsächlich eine Kompression oder Dehnung auf. In diesem Fall sprechen sie von elastischen Verformungen.
Elastische Verformungen leisten einen wichtigen Beitrag zur Reibungskraft. Wenn sich ein Körper über die Oberfläche eines anderen Körpers bewegt, tritt eine Oberflächenverformung im Kontaktbereich auf. Durch die Verformung entstehen innere Kräfte, die verhindern, dass die Körper gegeneinander gleiten.
Wenn der Körper ruht, tritt eine elastische Oberflächenverformung auf der Oberfläche auf, die den Beginn der Körperbewegung verhindern kann (die sogenannte Ruheriebkraft). Es ist auf die Wechselwirkung von Mikroschlüssen und Vertiefungen von zwei Körpern zurückzuführen, die sich bei Berührung relativ zueinander bewegen. Dabei treten oberflächliche Verformungen auf, was zu einer zusätzlichen Reibungskraft führt, die die Bewegung behindert.
Wenn die Körper über die Oberfläche gleiten, wird die Oberfläche stärker verformt, was zu einer Gleitreibkraft führt. Beim Gleiten "hängen" sich die Vertiefungen eines Körpers an den Vorsprüngen der Oberfläche des anderen Körpers, was zu gegenseitigem Widerstand führt und dazu führt, dass sich die Körper durch Reibung aufwärmen.
Somit sind elastische Oberflächenverformungen die wichtigsten Punkte, die die Reibungskraft beeinflussen. Während der Ruhezeit sind die Oberflächenverformungen weniger intensiv und verhindern, dass sich der Körper bewegt, während beim Gleiten intensivere Verformungen auftreten, was die Gleitreibungskraft verursacht.
Ändern des Oberflächenzustands beim Gleiten
Die Reibungskraft, die zwischen zwei Körpern entsteht, wenn sie sich verformen und gleiten, hängt vom Zustand der Kontaktfläche ab. Bei der Reibung der Ruhe berühren die Oberflächen eng miteinander und interagieren durch mikroskopische Vorsprünge und Vertiefungen und bilden Unebenheiten.
Beim Gleiten ändert sich jedoch der Zustand der Oberfläche erheblich. Unter dem Einfluß der Tangentialkraft werden die Vorsprünge abgeschnitten und die Vertiefungen werden mit anderen Partikeln gefüllt oder erweicht. Dadurch wird die Oberfläche flach und glatt. Dies ermöglicht es den Körpern, mit weniger Widerstand zwischen sich zu gleiten.
Die Reibungskraft der Ruhe beruht somit auf mikroskopischen Anomalien an der Oberfläche, die ein Verrutschen verhindern, während die Gleitreibkraft auftritt, wenn sich der Zustand der Oberfläche aufgrund von Verformung und Abschneiden der mikroskopischen Vorsprünge ändert.
