Ph 09

Lesestoff

Modellvorstellungen zur Reibung

Einführung:

Auf dieser Seite sollst du lernen worauf das Auftreten der Haft- bzw. Gleitreibungskraft zurückzuführen ist: Betrachtet man die Oberfläche von Körpern unter einem Mikroskop mit starker Vergrößerung, so stellt man fest, dass auch die Oberfläche von relativ glatten Körpern doch nicht ganz eben ist.

Zur Erklärung der Haft- bzw. Gleitreibungskraft stellt man sich vor, dass die unebenen Berührflächen von Körper und Unterlage gegenseitig verhaken (Verhakungsmodell). Zum Lösen dieser Verhakungen sind Kräfte notwendig. Um sich dies besser vorstellen zu können, verwenden die Physiker ein sehr anschauliches Modell: Zwei Bürsten, deren Borsten ineinander greifen.

Man setzt die beiden Bürsten aufeinander und lässt sie gut verhaken. Nun versucht man die obere Bürste horizontal wegzuziehen. Man braucht hierzu eine relativ große Kraft. Gleitet die obere Bürste bereits mit konstanter Geschwindigkeit über die untere, so ist die aufzuwendende Kraft deutlich kleiner.

1. Aufgabe:

a)

Erläutere, wie man mit dem Verhakungsmodell verstehen kann, dass i.a. die Haftkraft größer als die Gleitreibungskraft ist.

b)

Erläutere, wie man mit dem Verhakungsmodell verstehen kann, dass Haft- bzw. Gleitreibungskraft mit der Anpresskraft zunehmen.

c) Was würde das Verhakungsmodell über die Flächenabhängigkeit der Gleitreibungskraft vorhersagen?

Lösung

Hinweise (nur von physikalisch besonders Interessierten zu lesen):
Das Verhakungsmodell ist ein sehr einfaches Modell, welches man zur Erklärung von einigen Phänomenen der Reibung heranziehen kann. Stößt ein Modell mit seinen Erklärungsmöglichkeiten an seine Grenzen, so suchen die Physiker nach einem neuen, leistungsfähigeren Modell. Zur Erklärung der Unabhängigkeit z.B. der Gleitreibungskraft von der Fläche (wenn Reibkörper und Unterlage starr sind) entwickelte man ein verbessertes Modell für die Reibung, dessen Grundidee im Folgenden angedeutet wird: Selbst hochglanzpolierte Oberflächen weisen Rauhigkeiten der Höhe von einigen 100 bis 10000 Atomdurchmessern auf. Zwei aufeinanderliegende Oberflächen werden sich nur an den Stellen berühren, an denen zwei "Rauhigkeitsspitzen" aufeinander liegen.

Die tatsächliche Berührfläche ist also erheblich kleiner als die geometrische Fläche. An den kleinen echten Berührflächen ist der Druck so groß, dass es zu sogenannten Kaltverschweißungen der Materialien kommt. Auch in diesem Modell kann die Abhängigkeit der Gleitreibungskraft von der Normalkraft verstanden werden. Zusätzlich liefert das Modell aber auch eine Erklärung für die weitgehende Flächenunabhängigkeit der Gleitreibung bei starren Körpern.

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