Haftreibung

  1. Wir stellen uns einen Betonblock mit der Masse 1000 [kg] vor. Nehmen wir an es existieren keine Reibungskräfte, d. h. der Betonblock steht auf einer imaginären reibungsfreien Fläche. Nun stellen wir uns einen Menschen (Masse 100 [kg]) vor, der ebenfalls reibungsfrei vor dem Betonblock steht. Das Trägheitsgesetz besagt, dass sich der Mensch und der Betonblock nicht bewegen werden, wenn keine Kraft auf sie wirkt.
  2. Nun pustet der Mensch den Betonblock an. Dadurch übt er eine Kraft auf den Betonblock, woraufhin sich der Betonblock zu bewegen beginnt. Das Reactio-Prinzip besagt, dass sich der Mensch ebenfalls in Bewegung setzt und zwar in die entgegengesetzte Richtung.
  3. Nun wiederholen wir dieses Gedankenexperiment mit einem Betonblock (Masse 1000 [kg]) und einen Menschen (Masse 100 [kg]), die sich auf einer asphaltierten Straße befinden. Der Mensch pustet wieder den Betonblock an. Was passiert?
    Gar nichts!
    test

    Abbildung 1: a: Die Haftreibung wirkt auf ruhende Objekte, ist der Kraft $F_P$ entgegen gerichtet und hat die Länge der Normalvektor $F_N$
    b: Die Gleitreibung wirkt auf sich bewegenden Objekten, ist der Kraft $F_P$ entgegen gerichtet und hat die Länge der Normalvektor $F_N$

  4. Obwohl durch das Pusten eine Kraft auf den Menschen und auf den Betonblock ausgeübt wird, verhindert eine Kraft, dass sich diese in Bewegung setzen. Der Mensch und der Betonblock bleiben an der Straße haften. Deshalb wird diese Kraft als die Haftreibung bezeichnet.
  5. Ein Objekt, das Haftreibung unterliegt, muss zuerst diese überwinden, um von Ruhe aus beschleunigen zu können. Die Haftreibung wirkt nur auf ruhende Körper.
  6. Die Ursache der Haftreibung liegt in der Wechselwirkung zwischen den Molekülen, die die beiden Oberflächen bilden. Deshalb hängt auch die Größe der Haftreibung von den Materialien ab, die die Oberflächen bilden. Eis auf Gummi verursacht eine andere Haftreibung als Beton auf Asphalt.
  7. Experimente zeigen auch, dass Objekte, die schwerer sind, höhere Haftreibungskräfte produzieren. Beispiel: Ein Betonblock, die 10-Mal schwerer ist, ruft eine 10-Mal größere Haftreibungskraft hervor. Das Schwersein ist eine Folge der Gewichtskraft, die immer zum Erdmittelpunkt nach unten zeigt. In unserem Beispiel steht die Gewichtskraft senkrecht zur asphaltierten Straßenoberfläche. Kräfte, die senkrecht auf einer Fläche Zeigen, werden als Normalkräfte bezeichnet.
  8. Zusammenfassend zeigen Experimente, dass die Größe der Haftreibung von zwei Faktoren abhängt:
  9. Nun kennen wir die Größe, d.h. den Betrag der Haftreibungskraft. Kräfte sind aber Vektoren und haben zusätzlich zu ihrem Betrag (d. h. ihre Länge) eine Richtung. Welche Richtung haben Haftreibungskräfte? Da Haftreibungskräfte verhindern, dass ruhende Objekte sich in Bewegung setzten, sind sie immer der bewegenden Kraft entgegen gesetzt. Wenn der Mensch den Betonblock von rechts nach links schiebt, dann zeigt die Haftreibung von links nach rechts.