Rollreibung

Im Allgemeinen versteht man unter Reibung 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.

Die Rollreibung

Definitionsgemäß ist die Rollreibung, wenn ein Gegenstand auf einer Oberfläche rollt. Die Ursache der sogenannten Rollreibung sind die sogenannten Kohäsions- und Adhäsionskräfte. Die Rollreibung entsteht, wenn ein “abgerundeter” Körper sich (rollend) bewegt. Die “Rollreibung” bzw. die Rollreibungskraft ist eine gerichtete Größe und der Bewegung des Körpers entgegengerichtet. Im Vergleich zu den anderen Reibungskräften ist die Rollreibung kleiner als die Haftreibung und kleiner als die Gleitreibung, dies liegt unter anderem an der Beschaffenheit des (abgerundeten) Körpers

Hinweis: Die Rollreibung ist kein Effekt von rauen Oberflächen, die sich “bildlich” gesprochen ineinander verhaken und so einen “Widerstand” verursachen. Auf den Effekt der rauen Oberflächen beruht die Haftreibung

Formel zur Rollreibung:  F_Roll = u_roll·F_N
u_roll  = Rollreibungszahl
F_N = Normalkraft des Körpers.

Anhand der Formel für die Rollreibung lässt sich erkennen, dass die Größe der sich reibenden Flächen und die Geschwindigkeit der gleitenden Flächen kaum eine Rolle spielen. Wesentliche Einflussgröße ist die Oberflächenbeschaffenheit und der Normalkraft des Körpers (=> Gewichtskraft des bewegten Körpers). Wie auch bei den anderen Reibungskräften ist die Rollreibungskraft umso größer, je größer die Normalkraft und die Reibungszahl ist.

Anmerkung

Auf einer waagrechten Oberfläche ist die Normalkraft eines Körpers gleich der Gewichtskraft: F_N= m·g. (mit g = 9,81 m/s²). Dass bei der Rollreibung die Oberflächenbeschaffenheit von großer Bedeutung ist, zeigt sich dadurch, dass zwei “plangeschliffene” Oberflächen besonders gut aufeinander haften. Dies ist ein Resultat der Molekularkräfte (Kohäsions- und Adhäsionskräfte). Daher ist die Rollreibung auch ähnlich der sogenannten Haftreibung.

Rollreibung – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist Rollreibung und wo tritt sie auf?

Rollreibung ist die Reibung, die auftritt, wenn ein rundes Objekt wie ein Rad oder Kugellager über eine Oberfläche rollt. Sie tritt auf bei Fahrzeugen, bei Rollschuhen, Kugellagern etc.

2. Nenne zwei Faktoren, die die Rollreibung beeinflussen

Zwei Faktoren, die die Rollreibung beeinflussen, sind Material und Oberflächenbeschaffenheit.

3. Wie lässt sich Rollreibung reduzieren?

Rollreibung lässt sich durch Optimierung des Materials und Verringerung der Oberflächenrauheit reduzieren.

4. Ist Rollreibung immer unerwünscht? Begründe deine Antwort.

Nein, Rollreibung ist nicht immer unerwünscht. In einigen Fällen, wie beim Bremsen eines Fahrzeugs, ist sie sogar notwendig und erwünscht.

5. Wie wirkt sich das Gewicht auf die Rollreibung aus?

Das Gewicht einer Last erhöht die Rollreibung, da mehr Druck auf die Kontaktfläche ausgeübt wird.

6. Wie unterscheidet sich Rollreibung von Gleitreibung?

Während Rollreibung auftritt, wenn ein Objekt rollt, tritt die Gleitreibung auf, wenn ein Objekt über eine Oberfläche gleitet.

7. Wie ist der Rollreibungskoeffizient definiert?

Der Rollreibungskoeffizient ist das Verhältnis von Rollreibungskraft zur normalen Kraft (Gewichtskraft) eines rollenden Objekts.

8. Warum haben Reifen Profil?

Reifen haben Profil, um den Grip auf verschiedenen Oberflächen zu verbessern und die Sicherheit zu erhöhen, besonders bei Nässe.

9. Wie beeinflusst der Reifendruck die Rollreibung?

Ein zu niedriger Reifendruck kann die Rollreibung erhöhen und dadurch den Kraftstoffverbrauch steigern, während ein optimaler Reifendruck die Rollreibung reduziert.

10. Welche Auswirkungen hat Rollreibung auf die Umwelt?

Erhöhte Rollreibung führt zu höherem Kraftstoffverbrauch und damit zu mehr CO2-Emissionen, was negative Auswirkungen auf die Umwelt hat.