Important Forces: Friction

00:01 Nachdem wir nun drei dieser fünf wichtigen Kräfte vorgestellt haben, die wir besprechen, die Schwerkraft, die Normalkraft und die Spannung sehen wir nun, wie sie bei einigen Problemen funktionieren.

00:09 Wir werden zu Reibung übergehen.

00:11 Die Reibungskraft entsteht durch kleine Wechselwirkungen zwischen zwei Oberflächen.

00:16 Wenn wir stark heranzoomen würden, würden wir sehen, dass die Oberfläche dieses blauen Kastens, so wie ich es gezeichnet habe, und die Oberfläche, auf der es ruht, in Wirklichkeit nicht ganz glatt sind, dass sie alle Arten von Rillen haben.

00:27 Was passiert, wenn ein Objekt versucht, sich über das andere zu bewegen, ist, dass sich diese Rillen ineinander verhaken und sich gegenseitig schieben entweder nach links oder nach rechts, je nach der Bewegung des Objekts.

00:37 Die Reibungskraft, wenn wir sie aufschreiben würden, wäre genau das, was Sie erwarten würden, wenn Sie versuchen würden, dies selbst herzuleiten.

00:44 Die Reibung hängt im Wesentlichen von zwei Dingen ab, sie hängt davon ab, was ich hier mu nenne.

00:48 Mu ist ein griechischer Buchstabe, der wie ein lustiges u aussieht.

00:50 Dies sagt mir, wie rau eine Oberfläche ist.

00:53 Es hängt also sicherlich davon ab, wie rau die Oberfläche ist.

00:56 Unsere Reibungskraft, die ich F-sub-F nenne, hängt von der Rauheit der Oberfläche ab, die mit diesem griechischen Buchstaben mu angegeben wird.

01:05 Sie hängt aber auch von F-sub-n, der Normalkraft, ab.

01:08 Mit anderen Worten: Wie stark drängen diese Dinge gegeneinander? Die Normalkraft ist genau die Normalkraft, die wir in dieser Vorlesung bereits vorgestellt haben.

01:17 So können Sie diese Normalkraft aus einer Aufgabe lösen und dann die Reibungskraft auf der Grundlage dieser Normalkraft ermitteln.

01:24 Das eben erwähnte mu, das beschreibt, wie rau oder glatt die Oberfläche ist, ist größer für sehr raue Oberflächen, wie hier auf der linken Seite und kleiner für sehr glatte Oberflächen wie Eis oder etwas anderes, wo diese Rippen nicht wirklich aneinander hängen.

01:41 Schließlich können Sie sehen, dass die von mir gezeichnete Luftkraft nach oben gerichtet ist, denn immer, wenn wir über Kräfte sprechen, betrachten wir Kräfte, die auf ein bestimmtes Objekt wirken.

01:50 Das fragliche Objekt bei der Betrachtung der Normalkraft ist der Kasten, nicht der Boden.

01:55 Und damit ist die Kraft des Bodens auf die Box nach oben gerichtet und das ist unsere Normalkraft.

02:01 Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Reibungskraft nach oben gerichtet ist, weil die Normalkraft in dieser Gleichung nur als Größe für die Reibung verwendet wird.

02:09 Die Richtung der Reibung, da sie sicherlich nicht von der Oberfläche aus nach oben gerichtet ist, ist durch die Geschwindigkeit des Objekts gegeben. Wenn sich Ihr Objekt nach rechts bewegt, wie ich hier gezeigt habe, wirkt die Reibungskraft dieser Bewegung stets entgegen.

02:21 Wenn die Geschwindigkeit nach links geht, wirkt die Kraft nach rechts, um dieser Bewegung entgegenzuwirken.

02:26 Um die Richtung der Reibung zu bestimmen, muss man sich also immer vor Augen halten, dass die Reibung der Bewegung immer entgegengesetzt ist.

02:31 Es gibt einen Vorbehalt gegenüber der Gleichung, die ich Ihnen gegeben habe.

02:36 Das ist die Gleichung für die Reibung, die ich Ihnen gegeben habe.

02:39 Die Reibungskraft ist gleich mu-sub-k der kinetischen Reibung mal der Kraft, die Normalkraft ist nur bei kinetischer Reibung genau richtig.

02:49 Mit kinetischer Reibung ist gemeint, dass sich ein Objekt tatsächlich entlang der Oberfläche bewegt.

02:53 Wenn sich das Objekt also bewegt und Sie wissen, dass die Geschwindigkeit des Objekts nicht Null ist, bewegt es sich tatsächlich in Ihrem Problem, dann kann man immer diese Gleichung verwenden, dass die Reibungskraft gleich dem Reibungskoeffizienten mu mal der Normalkraft ist.

03:07 Ich habe ein kleines k unter das mu gesetzt, um zu verdeutlichen, dass es sich um den Koeffizienten der kinetischen Reibung handelt, denn es hat sich gezeigt, dass der Reibungskoeffizient, also die Rauheit der Oberflächen und wie stark die Reibungskraft von der Rauheit der Oberfläche abhängt, tatsächlich davon abhängt, ob sich das Objekt bewegt oder nicht.

03:22 Ein Objekt hat also einen anderen Reibungskoeffizienten, wenn es sich bewegt, aber auch, wenn es stillsteht und damit sind wir beim statischen Fall angelangt.

03:30 Nehmen wir an ein Objekt steht still, wie etwas, das Sie auf Ihrem Tisch haben, der sich einfach nicht bewegt, und angenommen, Sie versuchen ihn zu bewegen, die Reibungskraft ist nicht unbedingt gleich dem Reibungskoeffizienten mal der Normalkraft, aber sie wird kleiner oder gleich dem Reibungskoeffizienten mal der Normalkraft sein.

03:48 Dieser Reibungskoeffizient wird nun als Haftreibungskoeffizient bezeichnet oder mu-sub-s und der Grund dafür, dass es kleiner oder gleich ist, ist folgender.

03:56 Nehmen Sie einen Gegenstand, den Sie auf dem Tisch haben, und geben Sie ihm einen kleinen Schubs, ohne dass er sich bewegt.

04:00 Da sich das Objekt nicht bewegt, auch wenn Sie es nur ganz leicht anschieben, wissen Sie, dass es eine Gegenkraft geben muss, denn sonst würde er sich in die Richtung bewegen, in die Sie ihn schieben.

04:10 Diese entgegengesetzte Kraft ist die Reibung, denn das Objekt will sich nicht bewegen, obwohl du es schiebst.

04:15 Die Sache ist die, wenn man die Kraft leicht erhöht, sodass sich das Objekt immer noch nicht bewegt, reagiert die Reibungskraft wieder und es bewegt sich immer noch nicht.

04:23 Sie sehen also, dass sich die Reibungskraft ändert und sich an die Stärke des Drucks anpasst.

04:27 Wenn Sie weiter schieben, wird die Reibungskraft immer stärker und schließlich erreichen Sie einen Punkt, einen Schwellenwert, an dem die Reibungskraft nicht mehr die Kraft bekämpfen kann, mit der Sie das Objekt wie zum Beispiel ein Buch oder etwas anderes schieben und schließlich wird sich das Objekt bewegen.

04:41 Es bewegt sich, wenn die Kraft, die du aufbringst, größer ist als mu-sub-s der Haftreibungskoeffizient mal die Normalkraft Ihres Objekts und das ist es, was wir meinen, wenn wir sagen, dass die Reibungskraft für ein Objekt, das sich nicht bewegt kleiner als oder gleich mu-sub-s mal f-sub-n ist.

04:57 Sie könnte viel kleiner als diese Schwelle sein, wenn Sie sich nicht sehr anstrengen, denn es muss nicht unbedingt den vollen Wert haben.

05:04 Es wird lediglich versuchen, das Objekt zum Stillhalten zu bewegen.

05:07 Ein letzter sehr wichtiger Punkt ist, dass der kinetische Reibungskoeffizient kleiner ist als der Haftreibungskoeffizient.

05:15 Mit anderen Worten: Die kinetische Reibung ist schwächer als die Haftreibung.

05:18 Dies wird durch die Erfahrung bestätigt. Wenn man etwas schiebt und es schwer in Bewegung zu bringen ist, weiß man, dass es einfacher ist, es in Bewegung zu halten, wenn man es einmal in Bewegung gebracht hat und die Reibung überwunden hat.

05:27 Und das liegt daran, dass die Reibungskraft geringer ist, sobald es sich bewegt, weil die Rauheit der Oberfläche weniger ins Gewicht fällt, wenn das Objekt bereits in Bewegung ist.