Reibungskraft und Reibungskoeffizient berechnen

Wie wird die Reibungskraft berechnet?

Werden zwei Flächen aufeinandergepresst, ist die dem Gleiten entgegenwirkende Kraft proportional zur Normalkraft: F = μ × N. μ ist der Reibungskoeffizient, N die Kraft senkrecht zur Fläche. Auf einer waagerechten Fläche gilt N = m × g, auf einer geneigten Fläche N = m × g × cos θ.

Haftreibung und Gleitreibung

Einen Körper in Bewegung zu setzen erfordert mehr Kraft, als ihn gleiten zu lassen. Deshalb gibt es den Haftreibungskoeffizienten μ_s und den Gleitreibungskoeffizienten μ_k. Im Ruhezustand gleicht die Haftreibung die angreifende Kraft bis maximal μ_s × N aus. Nach Gleitbeginn sinkt die Reibungskraft auf μ_k × N.

Wie wird der Koeffizient gemessen?

Zwei einfache Verfahren sind möglich. Ziehen Sie den Körper mit einem Federkraftmesser über eine waagerechte Fläche: μ = F / N. Oder neigen Sie die Fläche langsam. Aus dem Winkel bei Gleitbeginn folgt der Haftreibungskoeffizient: μ_s = tan θ.

Beispiel

Eine Kiste mit 50 kg steht auf waagerechtem Boden. Der Koeffizient beträgt 0,3. Die Normalkraft ist 50 × 9,80665 = 490,3 N, die Reibungskraft 0,3 × 490,3 = 147,1 N. Auf einer um 30 Grad geneigten Rampe vermindert sich die Normalkraft um den Faktor cos 30°.

Grenzen

Der Koeffizient gehört zur Werkstoffpaarung, nicht zu einem einzelnen Werkstoff. Sauberkeit, Rauheit, Öl und Feuchtigkeit können ihn um ein Mehrfaches verändern. Die aufgeführten Werte sind näherungsweise Lehrbuchwerte. Verwenden Sie für Bremsen, Kupplungen, Klemmverbindungen und ähnliche Anwendungen Herstellerdaten oder Messwerte.

Einen Koeffizienten aus gemessenen Kräften ableiten

Die Normalkraft einer Beispielmessung betrage 300 N, die während des Gleitens gemessene Kraft 90 N. Der Modus zur Koeffizientenberechnung ergibt μ = 90 / 300 = 0,3. Bei gleichen Oberflächenbedingungen und gleicher Reibungsart liefert eine Normalkraft von 500 N den Wert F = 0,3 × 500 = 150 N. Der Koeffizient stammt nicht aus einer Werkstofftabelle, sondern aus dem Verhältnis der Beispielkräfte. Geben Sie bei einer echten Messung an, ob der Höchstwert beim Bewegungsbeginn oder die Kraft während des Gleitens verwendet wurde.

Die gemessene Zugkraft sollte parallel zur Oberfläche wirken. Schräges Ziehen kann auch die Normalkraft ändern. Übertragen Sie den Koeffizienten nicht ungeprüft auf andere Schmierung, Geschwindigkeit oder Oberflächen. Dokumentieren Sie Messbedingungen und Ergebnis zusammen. Dieses Gleitmodell bestimmt weder Rollwiderstand noch die Erwärmung einer Bremse allein.