Einfluss der Geschwindigkeit auf die Gleitreibung

Diese Frage wurde schon mal gestellt...

( Nimmt die Gleitreibungskraft mit der Relativgeschwindigkeit der beteiligten Objekte zu? Wenn nein, warum nicht? ),

...aber es gibt einen sehr spezifischen Teil, mit dem ich zu kämpfen habe und der in diesem Beitrag nicht angesprochen wird.

Ein Teil dessen, was Reibung verursacht, ist das Brechen mikroskopisch kleiner Grate in den Materialien, die aufeinander gleiten, Vorsprünge, die sich verfangen und entfernt werden müssen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nehmen wir an, es braucht eine gewisse Kraft, um jeden dieser Grate zu brechen.

Wenn sich die beiden Oberflächen relativ zueinander schneller bewegen, müssten sie mehr dieser Vorsprünge in der gleichen Zeit entfernen. Es scheint mir also, dass die kinetische Reibung (zumindest zwischen rauen Oberflächen) geschwindigkeitsabhängig sein sollte. Die Standarderklärungen sagen jedoch, dass dies nicht der Fall ist.

Warum?

Danke schön!

Der ursprüngliche Grund, warum ich diese Frage gestellt habe, war, dass ein Problem in meinem Physikbuch (Halliday Resnick Kline) uns aufforderte, die Beschleunigung eines rutschenden Rads zu finden, und die angebliche Erkenntnis war, dass es keine Rolle spielt, wie hoch die aktuelle Winkelgeschwindigkeit des Rads ist es rutscht, es kommt nur auf die Normalkraft und den Gleitreibungskoeffizienten an.

Antworten (1)

Die momentane Kraft hängt nur davon ab, wie viele der Grate gerade gebrochen/verformt werden. Wenn die Anzahl der Grate, die zu einem bestimmten Zeitpunkt "gefangen" werden, nicht von der Geschwindigkeit abhängt, würden Sie auch nicht die erforderliche Kraft erwarten. Wenn Sie schneller fahren, sind Sie in kürzerer Zeit durch eine Unebenheit und weiter zur nächsten, aber das ändert nichts an der Kraft, die erforderlich ist, um durch die Unebenheit zu kommen. Die Tatsache, dass Sie mehr Unebenheiten durchbrechen, bedeutet, dass Sie linear mehr Kraft benötigen – das Brechen von mehr Unebenheiten in der gleichen Zeit erfordert proportional mehr Energie – aber das steht im Einklang mit einem konstanten Gleitreibungskoeffizienten: Kraft ist Kraftzeit Geschwindigkeit.

Ich möchte nur anmerken, dass es kein grundlegendes physikalisches Gesetz gibt, das besagt, dass der Gleitreibungskoeffizient nicht von der Geschwindigkeit abhängen kann . Es ist eine empirische Tatsache, dass es bei den meisten Materialien nicht sehr von der Geschwindigkeit abhängt, bevor sie zu heiß werden . Aber es ist schön, dass das Modell der kleinen Grate, die jeweils eine gewisse Kraft erfordern, um sich zu lösen, kein völlig anderes Verhalten vorhersagt.
Danke für deine Antwort, und es ist wahrscheinlich meine Schuld, aber ich verstehe es nicht wirklich. Für mich sollte die Tatsache, dass sich die momentane Kraft nicht ändert, nichts damit zu tun haben. Ich meine, wenn Sie ein Auto haben, das gegen den Wind fährt, und die Oberfläche des Autos sich nicht ändert, wird zu jedem Zeitpunkt die gleiche Menge an Windpartikeln auf das Auto treffen. Aber mehr Wind bedeutet einen höheren Widerstand gegen seine Bewegung, eine höhere Kraft. Ich denke, was Sie sagen wollen, ist, dass sich die Menge an Impuls, die zum Brechen einer Beule erforderlich ist, nicht ändert, aber wenn mehr Beulen pro Sekunde brechen, wäre die Kraft immer noch größer.
Ich stelle mir die Menge an Energie vor , die erforderlich ist, um jede Erhebung zu brechen, um konstant zu sein - das nennt man die Zähigkeit eines Materials. Dies ergibt sich aus der Annahme, dass eine bestimmte Kraft erforderlich ist, um eine Durchbiegung zu bewirken, und dass eine Durchbiegung einer bestimmten Größe erforderlich ist, um den Bruch zu bewirken.
Die Luftwiderstandskraft eines Autos nimmt mit der Geschwindigkeit zu, eigentlich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Jedes Luftteilchen verleiht einen bestimmten Impuls, und wenn Sie die Geschwindigkeit erhöhen, wächst dieser Impuls linear, ebenso wie die Anzahl der Kollisionen pro Zeiteinheit. Bei der Gleitreibung nimmt der Impuls des Brechens jeder Unebenheit mit zunehmender Geschwindigkeit ab , da die gleiche Kraft für eine kürzere Zeit aufgebracht wird. Die Zunahme der Stöße pro Zeiteinheit wird also durch die Abnahme des Impulses pro Stoß ausgeglichen.
Danke Ben, ich stimme deiner Antwort zu, aber ich bin immer noch verwirrt. Warum lassen sich Unebenheiten mit zunehmender Geschwindigkeit leichter brechen? Was meinst du damit, dass die gleiche Kraft für eine kürzere Zeit ausgeübt wird ...?
Wenn wir sagen, dass jede Unebenheit eine bestimmte Menge an Widerstandskraft ausübt und diese Kraft über eine bestimmte Distanz aufrechterhalten wird (weit genug, um sich von der Unebenheit zu befreien), dann wird die Kraft für eine kürzere Zeit ausgeübt, wenn Sie sich schneller bewegen – dieselbe Distanz bei höhere Geschwindigkeit gleich weniger Zeit. Ich würde sagen, dass Unebenheiten mit zunehmender Geschwindigkeit nicht leichter zu brechen sind - sie sind gleich hart und erfordern die gleiche Menge an Energie, um zu brechen; aber das entspricht einer geringeren Impulsübertragung pro Stoß.
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