Reibung: Energieübertragung, Haftreibungs- & Gleitreibungskraft

Das Wichtigste in Kürze

Reibung ist eine Kraft, die die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts auf einer Oberfläche verlangsamt. Es ist eine Kraft, die zwischen zwei Oberflächen wirkt, die gegeneinander gleiten. Oder, wenn sich das Objekt nicht bewegt, zwei Oberflächen, die versuchen, gegeneinander zu gleiten.

Wie funktioniert Reibung?

Die Richtung der Reibungskraft ist immer entgegengesetzt zu der Richtung, in die sich das Objekt bewegt oder zu bewegen versucht. Daher bremst die Reibung ein sich bewegendes Objekt immer ab oder hält es davon ab, sich zu bewegen, wenn es versucht, sich in Bewegung zu setzen.

Wenn ein Objekt gegen einen schrägen Abhang rutscht, wirkt die Reibung in die entgegengesetzte Richtung zur Bewegung.

Quantitativ ist die Reibungskraft $$F_R$$​ proportional zur Normalkraft $$F_N$$, welche auf einen Körper wirkt:

​$$F_R = \mu \cdot F_N$$​​

Zur Erinnerung:

Die Normalkraft $$F_N$$ ist die Komponente der Gewichtskraft, welche senkrecht zur Oberfläche steht, auf der sich der Körper befindet. Sie ist also die Kraft, die den Körper in die Oberfläche drückt. 

Die Proportionalitätskonstante $$\mu$$ wird Reibungskoeffizient genannt und hängt von den Materialien und der Oberflächenbeschaffenheit der Gegenstände ab.

Energieübertragung

Wenn Reibung zwischen zwei Oberflächen wirkt, wird ein Teil der kinetischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Das bedeutet, dass Reibung zwar nützlich sein kann, aber auch Wärme erzeugt. Die Reibung vergeudet also einen Teil der Energie und begrenzt die Höchstgeschwindigkeit.

Beispiel

Die Bremsen eines Autos funktionieren, weil beim Betätigen der Bremsen Reibung zwischen den Bremsbelägen und den Scheiben im Inneren des Fahrzeugs entsteht. Diese Reibung verlangsamt die Bewegung der Räder und bringt das Auto zum Stillstand.

​​Haftreibungskraft und Gleitreibungskraft

​Wenn du einen schweren Gegenstand bewegen möchtest, so klappt das oft erstmal nicht. Die Kraft, die du aufwendest, reicht nicht aus, um die Oberfläche des Gegenstands gegen die des Bodens zu bewegen.
Das liegt daran, dass die Oberflächen nicht perfekt glatt sind und deshalb die Reibungskraft zu gross ist.

 
Vielleicht ist dir aber aufgefallen, dass der Gegenstand, wenn du es einmal schaffst ihn in Bewegung zu bringen, plötzlich "leichter" wirkt.
Du hast nun eine bestimmte Kraft aufgewendet, die sogenannte Haftreibungskraft $$F_h$$​ und den Gegenstand in Bewegung gebracht.
Er gleitet jetzt über den Boden und die Kraft, die ihm dabei in Form von Reibung entgegengebracht wird, heisst Gleitreibungskraft $$F_g$$​.
Diese Kraft, welche den Gegenstand abbremst, bleibt jedoch immer kleiner als die Haftreibungskraft, da sich die Oberflächen von zwei ruhenden Körpern immer stärker "verzanken", als wenn sich einer oder beide in Bewegung befinden:

​$$F_h > F_g$$

​​

Der Reibungskoeffizient hängt also auch davon ab, ob und wie schnell sich die beiden Gegenstände gegeneinander bewegen. Er wird grösser, je langsamer die Bewegung ist und ist maximal, wenn die Gegenstände in Ruhe sind. Sowohl Haftreibungskraft als auch Gleitreibungskraft sind genau wie die Reibungskraft proportional zur Normalkraft.

Beispiel

Bevor Du im Winter wieder auf Deine Ski oder Dein Snowboard steigst, lässt Du diese meistens noch für die Piste herrichten. Die Oberfläche der Ski oder des Snowboards wird dann gewachst, was genau dazu dient, dass sich die Oberfläche des Skis weniger mit der Oberfläche der Piste verzankt und der Ski besser über den Hang gleiten kann. Je besser der Ski gewachst ist und je besser die Piste präpariert ist, desto weniger Reibungskräfte wirken auf Dich und desto schneller kannst Du die Piste runterdüsen.