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Physik 10 · Bewegung und Kräfte

Haft-, Gleit- und Rollreibung

Ziehst du an einem Klotz, passiert zunächst nichts: Die Haftreibung hält genau dagegen. Sie wächst mit der Zugkraft, aber nur bis zum Höchstwert FR,H = μH · FN. Dann reißt der Klotz los, und es bleibt die kleinere Gleitreibung FR,G = μG · FN. Ein Wagen rollt noch leichter: FR,R = μR · FN.

So gehst du vor

  1. 1Wähle Körper und Unterlage und lege Massestücke auf.
  2. 2Ziehe den orangen Griff langsam nach rechts oder tippe „Gleichmäßig ziehen“. Das Diagramm zeichnet die Kraft mit.
  3. 3Bewegt sich der Körper gleichmäßig, stehen unter dem Bild die Spitze und der Mittelwert. Tippe „In die Tabellen“.
  4. 4Tippe „Zurück an den Start“, ändere die Massestücke und miss erneut. Werte dann mit den Ausgleichsgeraden aus.
Kraftmesser
0,00 N
Spitzenwert
0,00 N
Mittel beim Gleiten
–,–– N

Der Kraftmesser ist eine Feder mit 100 Nm. Die Pfeile zeigen die Kräfte auf den Körper. Der Mittelwert beginnt 3 cm nach dem Losreißen und zählt nur, solange gezogen wird.

Körper

Unterlage

Massestücke zu je 200 g

2 Stück

Gesamtmasse m = 600 g, Normalkraft FN = m · g = 5,89 N

Zugtempo beim gleichmäßigen Ziehen

5 cms

A Haftreibung: FR,H über FN

Miss auf einer Unterlage für mehrere Normalkräfte. Die Steigung der Geraden durch den Ursprung ist μH.

Nr.Normalkraft FN in NSpitzenwert FR,H in N
02468101214012345FN in NFR,H in N

B Gleitreibung: FR,G über FN

Die Steigung ist μG. Vergleiche mit Tabelle A: Um welchen Faktor ist die Haftreibung größer?

Nr.Normalkraft FN in NMittelwert FR,G in N
02468101214012345FN in NFR,G in N

C Rollreibung: FR,R über FN

Miss mit dem Wagen. Die Steigung ist die Rollreibungszahl μR, auf der Seite „Waagrechte Ebene“ heißt sie einfach μ.

Nr.Normalkraft FN in NMittelwert FR,R in N
024681012140,00,10,20,30,40,5FN in NFR,R in N

Aufträge

  1. Lege den Klotz auf das Holzbrett und ziehe von Hand ganz langsam, ohne dass er losreißt. Vergleiche die beiden Kraftpfeile. Wie groß ist die Reibungskraft, wenn der Kraftmesser 1 N anzeigt? Begründe.
  2. Tippe „Gleichmäßig ziehen“. Beschreibe die drei Abschnitte des F-t-Diagramms. Warum zeigt der Kraftmesser beim gleichmäßigen Gleiten genau die Reibungskraft an?
  3. Miss FR,H und FR,G für alle sechs Belastungen. Bestimme μH und μG aus den Ausgleichsgeraden und vergleiche danach mit den Reibungszahlen am Knopf.
  4. Prüfe, wovon die Gleitreibung nicht abhängt: Ändere das Zugtempo und stelle den Klotz hochkant. Halbiert sich FR,G, wenn die Auflagefläche halb so groß ist? Erkläre mit dem Druck auf die Fläche.
  5. Bestimme mit dem Wagen μR auf derselben Unterlage. Um welchen Faktor ist FR,R kleiner als FR,G? Nenne zwei Beispiele aus dem Alltag, in denen man das ausnutzt.
  6. Halte während des Gleitens an und lasse den Griff stehen. Der Klotz bleibt liegen, obwohl die Feder gespannt ist. Welche Kraft wirkt jetzt zwischen Klotz und Unterlage, und ist das schon die größte?
  7. Ein Auto mit ABS bremst so, dass die Räder nicht blockieren. Warum ist der Bremsweg dann kürzer? Vergleiche die passenden Reibungszahlen.
  8. Bestimme μH, μG und μR von Unterlage X. Löse erst danach auf.