Reibung - Physikunterricht.at

Reibung
Reibung ist eine physikalische Kraft, die einer Relativbewegung zwischen zwei sich berührenden
Körpern entgegenwirkt. Im weiteren Sinne erfahren auch bewegte Flüssigkeiten und Gase
Reibungskräfte.
Reibung gehört zu den unzähligen physikalischen Begriffen, die metaphorisch auch in der
Alltagssprache gebraucht werden (es hat eine Reiberei zwischen ihnen gegeben; die
Verwaltungsabläufe bringen Reibungsverluste mit sich).
In der Technik schmiert (siehe Schmierung) man Lager, um die Reibung herabzusetzen. Das
Fachgebiet heißt Tribologie, ein Teilgebiet des Maschinenbaus.
Überblick
Reibung hängt von Materialeigenschaften der sich reibenden Körper ab; physikalische Aussagen
über Reibung sind deshalb weniger allgemein und ungenauer, als man es von anderen
physikalischen Gesetzmäßigkeiten gewohnt ist. Die Herleitung der Grundgesetze der Mechanik ist
überhaupt nur möglich gewesen, indem man Reibung vernachlässigt hat.
Nichtsdestoweniger ist Reibung eine Grundtatsache unserer Welt: ohne Reibung könnte man sich
weder die Schuhe zuknoten, noch Gegenstände mit Nägeln oder Schrauben befestigen.
Tribologisches System
Aussagen zur Reibung können nie für einen Körper oder Stoff allein gemacht werden, dazu
betrachtet die Tribologie immer ein sog. Tribosystem, bestehend aus Grundkörper, Gegenkörper,
Zwischenstoff und Umgebungsmedium. Bei einem Kugellager ist die Lagerschale der Grundkörper,
die Kugeln sind Gegenkörper, das Öl ist der Zwischenstoff und Luft ist das Umgebungsmedium. Es
werden die Stoffeigenschaften der Medien, die Stoff- und Formeigenschaften der Körper und die
Oberflächeneigenschaften der Körper betrachtet.
Grundlegend ist die Unterscheidung zwischen der Haftreibung und allen übrigen Formen der
Reibung; es wird die Meinung vertreten, dass Haftreibung besser gar nicht Reibung genannt werden
sollte. Mit Ausnahme der Haftreibung bewirkt jede Reibung Dissipation: sie bremst die
Relativbewegung der beteiligten Körper und wandelt mechanische Energie in Wärme um.
In der Technik verwendet man Schmierung, um die Reibung herabzusetzen; je nachdem, ob die
gegeneinander bewegten Flächen durch einen vollständigen oder unvollständigen Flüssigkeitsfilm
getrennt sind, kann Flüssigkeitsreibung oder Mischreibung vorliegen.
Reibung zwischen Festkörpern
Das Gleiten eines Festkörpers entlang einem anderen kann einerseits durch molekulare
Anziehungskräfte (Adhäsion) der Kontaktflächen oder ihre mechanische Verklammerung (ähnlich
dem Feilen) behindert werden.
Rollreibung
Rollreibung (oder Rollwiderstand) entsteht, wenn ein Körper auf einer Unterlage rollt.
Festkörperreibung
Bei der Festkörperreibung berühren sich die aufeinander gleitenden Flächen. Dabei werden
Oberflächenerhöhungen eingeebnet (Abrieb oder Verschleiß). Bei ungünstiger Werkstoffpaarung
und großer Flächenpressung verschweißen die Oberflächen miteinander (Adhäsion).
Festkörperreibung tritt beispielsweise auf, wenn kein Schmierstoff verwendet wird, oder die
Schmierung versagt.
Innere Reibung
Innere Reibung ist ein Energieverzehr bei Bewegung der Atome bzw. Moleküle eines Stoffes
gegeneinander, zum Beispiel bei Strömungen innerhalb eines Öles. Es können äußere Kräfte wie
die Schwerkraft auf jedes Flüssigkeitsteilchen wirken und Druckdifferenzen können
Beschleunigungen hervorrufen. Reibungskräfte bewirken die Zähigkeit von Materialien bzw. die
Viskosität in Flüssigkeiten. Für jedes Flüssigkeitsteilchen müssen sich die äußeren Kräfte, die
Druckkräfte, die Reibungskräfte und die Trägheitskräfte das Gleichgewicht halten.
Gasreibung
Bei der Gasreibung handelt es sich beispielsweise um den Luftwiderstand eines Fahrzeuges.
Gasreibung wird in einigen Fällen speziell genutzt:
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Fallschirme, damit aus dem freien Fall ein kontrolliertes Sinken wird
Luftbremsen am Flugzeug, um den Abriss der Strömung zu erzwingen
Drosseln in Gasleitungen zur Begrenzung der Durchflussmenge
Erzeugen von Verdichtungswärme, z.B. zur Selbstzündung in Dieselmotoren und Turbinen
(untergeordneter Effekt, da die Temperaturerhöhung bei Verdichtung durch Verringerung
der Wärmekapazität des Gases entsteht.)
Die Gasreibung ist annähernd proportional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit v des
Gases.