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Aufgabe

Reibung in technischen Anwendungen

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

a)

Erläutere, worauf aus physikalischer Sicht die segensreiche Wirkung des Anti-Blockier-Systems (ABS) besteht, sodass ein Auto auf kürzerer Strecke zum Stehen kommt.

b)

Erläutere, warum Bremsen immer trocken gehalten werden sollten und nicht nass oder gar ölig werden sollten.

c)

Bei Autoreifen ist eine Profiltiefe von mindestens 4 mm vorgeschrieben, damit bei nasser Fahrbahn das Wasser durch die Profilrinnen abfließen kann. Dies soll ein Aquaplaning verhindern. Erläutere, warum es sehr gefährlich, wenn sich ein Wasserfilm zwischen Reifen und Straße bildet.

d)

Bei Autorennen bestehen Reifen aus einem besonders "klebrigen" Gummi, oft ohne Profil und werden besonders sorgfältig ausgewählt, vorgewärmt und teils mehrfach gewechselt. Erläutere mit Blick auf die physikalischen Aspekte, warum dies getan wird.

e)

Unter einen Teppich (Gangläufer) der auf Parkett ausgelegt wird, legt man oft noch eine "gummiartige" Unterlage. Erläutere Sinn und Funktionsweise dieser Teppichunterlage.

f)

Erläutere was passiert, wenn du eine Fensterscheibe mit Tafelkreide beschreiben willst. Probiere dies im Zweifel vorsichtig aus.

g)

Musiker von Streichinstrumenten behandeln die Sehne ihres Geigenbogens vor dem Spielen oft mit einem speziellem Harz (Kolophonium). Erläutere, warum Musiker dies tun.

h)

Zwischen Rad und Achse, z.B. bei Fahrrad werden Kugellager eingebaut. Erläutere welchen Vorteil solche Kugellager haben.

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a)

Das Anti-Blockier-System sorgt dafür, dass die Reifen eines Autos während einer Vollbremsung niemals zum Stehen kommen, sondern immer feste Bodenhaftung behält. Dadurch kann als Bremskraft immer in etwa die maximale Haftkraft wirken. Diese Haftkraft ist deutlich höher als die Gleitreibungskraft, die als Bremskraft wirken würde, wenn die Räder blockieren und das Auto über die Straße rutscht.

b)

Die Gleitreibungskraft ist bei trockenen Oberflächen größer als bei nassen oder gar öligen Oberflächen, daher ist die mögliche Bremskraft von trockenen Bremsen deutlich größer.

c)

Ein Wasserfilm zwischen Reifen und Straße würde dazu führen, dass das Auto die Bodenhaftung verliert und stattdessen auf dem Wasser gleitet. Die Gleitreibungskraft ist jedoch gering. Daher kann das Auto bei Aquaplaning kaum gelenkt und gebremst werden.

d)

Der Reifenwahl wird sehr viel Aufmerksamkeit zu teil, da die Reifen die einzige Verbindung zwischen Fahrzeug und Straße darstellen. Alle Kräfte beim Beschleunigen, Bremsen und Lenken müssen daher von den Reifen übertragen werden. Je größer die Haftkraft zwischen Reifen und Straße, desto größere Kräfte können wirken, ohne dass das Auto z.B. ins Rutschen gerät oder die Räder durchdrehen.

e)

Die gummiartige Unterlage sorgt für einen höheren Haftreibungskoeffizienten zwischen Boden und Unterlage bzw. zwischen Unterlage und Teppich als es alleine zwischen Boden und Teppich der Fall wäre. Somit sorgt die Unterlage dafür, dass der Teppich nicht ins Rutschen gerät, wenn jemand schnellen Schritten über den Teppich läuft oder plötzlich auf dem Teppich stehen bleibt.

f)

Es passiert nichts. Das Fenster lässt sich nicht mit Kreide beschreiben, da die Gleitreibungskraft zwischen Kreide und Glas nicht groß genug ist, um Kreideteilchen von der Kreide abzureiben.

g)

Das Bogenharz sorgt dafür, dass der Bogen beim Überstreichen der Saiten besonders gut an den Seiten haftet (höhere Haftkraft) und diese so optimal in Schwingung versetzt. Das Bogenharz erlaubt so ein genaueres, variantenreicheres Spiel.

h)

Ist zwischen Rad und Achse ein Kugellager verbaut, so treten hier lediglich Rollreibungskräfte auf. Diese Rollreibungskräfte des Kugellagers sind deutlich geringer als die Gleitreibungskräfte, die ohne Kugellager zwischen Achse und Rad auftreten würden.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Reibung und Fortbewegung