Haftreibung

Unter Reibung versteht man die Hemmung einer Bewegung, die zwischen sich berührenden Festkörpern oder Teilchen auftritt. In der Physik werden Reibungskräfte oft vernachlässigt, da sie oft relativ klein und/oder quantitativ schwer erfassbar sind.

Bei der Reibung kann man zwischen Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung unterscheiden. Allgemein gilt für die Reibungsarbeit: W_R = – F_R · D
Im Unterschied zur Gleitreibung liegt die Haftreibung (auch) zwischen zwei ruhenden Körpern vor. Die Ursache für Haftreibung bzw. der Haftung zweier Körper aneinander liegt an deren Oberflächenbeschaffenheit. So gibt es keine Fläche, die 100% glatt ist, jede Flächen hat einen bestimmten “Grad an rauer Fläche”. Dies verhindert eine Bewegung, in dem sich die “Spitzen” und “Täler” der Oberflächen ineinander “verhaken”.

Haftreibung

Definitionsgemäß ist die Haftreibung (oder manchmal auch Ruhereibung genannt) eine Kraft, die das Gleiten sich berührender oder übereinanderligender Körper verhindert. Die Haftreibung zwischen zwei Körpern liegt dann vor, wenn ein Körper auf einem anderen Körper haftet, es gibt also keine “Bewegung” zwischen den Körpern. Die “Betrag” der Haftreibung hängt von der Oberflächenbeschaffenheit der Berührungsflächen so wie der Normalkraft ab, mit der beide Körper aufeinander wirken ab.

Der Begriff “Haften” bezeichnet nicht immer einen positiven “Effekt”. In Bezug auf die Haftreibung ist dabei aber zu erwähnen, dass in vielen Fällen das Haften (also die Haftung) zwischen sich berührenden Körpern erwünscht ist. So würde beispielsweise ohne Haftreibung auf der Straße abgestellte Fahrzeuge vom Wind davon geschoben werden können.

Formel zur Haftreibung

Leiten wir nun die Formel zur Bestimmung der Haftreibung her. Durch die Haftreibung wird eine Haltekraft F_Herzeugt und wird in der Regel als Symbol auch so verwendet. Diese Haltekraft bzw. Haftreibung F_Hist dabei abhängig von der Normalkraft F_Nsowie der Haftreibungszahl (auch Reibungskoeffizient genannt)m_H. Der Zusammenhang der Größe ergibt sich aus:

F_H = m_H·F_NWie alle Kräfte in der Mechanik ist auch die Haftreibung eine gerichtete Größe. Dabei ist die Haftreibung eines Körpers so gerichtet, dass eine Bewegung eines Körpers in Bezug auf einen anderen Körper gehemmt wird (z.B. das “ruhende” Auto bleibt auch der Strasse “haften”. Der Betrag der Haftreibungskraft ist – wie in der Formel gegeben- umso größer, je größer die Normalkraft und die Reibungszahl ist. Das heisst, die Haftreibung wird im Wesentlichen durch die Gewichtskraft (=> Normalkaft) und der Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst, die Haftreibung ist aber nicht abhängig von der Größe der Berührungs-Oberfläche.

Anmerkung zur Normalkraft:

Auf einer waagrechten Oberfläche ist die Normalkraft eines Körpers gleich der Gewichtskraft: FN= m·g. (mit g = 9,81 m/s²). Die Haftreibung ist “verwandt” mit der Gleitreibung. Daher zeigt die Haftreibung(skraft) auch vergleichbare Eigenschaften wie die Gleitreibungskraft. So steigt mit zunehmender Zugkraft des Körpers die (Haft)reibung an. Die Haftreibungszahl ist dabei in der Regel höher als die Gleitreibungszahl.

“Steuerung” der Haftreibung

Wie bereits erwähnt, ist die Reibung bzw. die Haftreibung in machen Fällen erwünscht und in manchen Fällen unerwünscht. Der stellt sich die Optimierung der Haftreibung nicht nur Schülern, sondern auch Ingenieuren im täglichen Leben. Da die Haftreibung (neben der Normal- bzw. Gewichtskraft) auch von der Beschaffenheit der Berührungsflächen (=> Haftreibungszahl) abhängig ist, lässt sich die Haftreibung zwischen zwei Körpern optimieren. Die Haftreibung bzw. Haftreibungskraft kann man vergrößert, in dem mandie Berührungsflächen aufraut oder eben durch Glättung der Oberfläche (bzw. Schmiermittel zwischen beiden Körpern) verkleinern.

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Haftreibung – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die Definition von Haftreibung?

Die Haftreibung ist der Widerstand, der auftritt, wenn zwei Objekte, die aneinander haften, relativ zueinander in Bewegung gesetzt werden sollen.

2. Kann die Haftreibung bei gleichen Materialien unterschiedlich sein?

Ja, die Haftreibung kann bei gleichen Materialien unterschiedlich sein, da sie auch von der Beschaffenheit der Oberfläche, wie Rauheit oder Rutschigkeit, abhängt.

3. Was passiert, wenn die Haftreibung überschritten wird?

Wenn die Kante der Haftreibung überschrittene wird, beginnt das Objekt zu rutschen, und die Haftreibung geht in Gleitreibung über.

4. Wie wirkt sich das Gewicht eines Gegenstands auf die Haftreibung aus?

Größeres Gewicht erhöht die Haftreibung. Mehr Gewicht bedeutet einen größeren normalen Kontakt zwischen den Flächen, was zu größerer Haftreibung führt.

5. Wie wird Haftreibung in einer Formel ausgedrückt?

Die Formel für Haftreibung lautet F = μN, wobei F die Haftreibungskraft, μ der Haftreibungskoeffizient und N die Normalkraft ist.

6. Was sind einige Faktoren, die die Haftreibung beeinflussen?

Die Haftreibung hängt von den Materialien ab, die miteinander in Kontakt stehen, und von der Normalkraft, die auf sie wirkt.

7. Ist Haftreibung immer unerwünscht?

Nein, Haftreibung ist nicht immer unerwünscht. Zum Beispiel benötigen Autos Haftreibung zwischen den Reifen und der Straße, um zu fahren.

8. Welcher Unterschied besteht zwischen statischer und dynamischer Haftreibung?

Statische Haftreibung tritt auf, wenn zwei Objekte trotz einer auf sie wirkenden Kraft nicht anfangen, relativ zueinander zu bewegen. Dynamische oder kinetische Haftreibung tritt auf, wenn zwei Objekte in relativer Bewegung zueinander stehen.

9. Kann sich Haftreibung ändern, wenn der Kontaktbereich zwischen den Oberflächen verändert wird?

Nein, die Haftreibung bleibt unverändert, egal wie groß oder klein der Kontaktbereich ist, sofern die wichigsten worte Gewicht und Material gleich bleiben.

10. In welchem Zustand ist die Haftreibung am größten?

Die Haftreibung ist am größten kurz bevor ein Objekt zu rutschen beginnt – dies wird als “Grenze der Haftreibung” bezeichnet.