Konzeptionelle Schwierigkeiten mit Reibung und Trägheit

Betrachten wir beide Fälle im Rahmen der Straße. Lassen Sie den Bus beschleunigen$a$.

1. Die Box klebt am Boden des Busses. Daher beschleunigt die Box mit dem Bus, und seine Beschleunigung ist es auch$a$. Diese Beschleunigung ist auf die Haftreibungskraft zurückzuführen.
2. Die Kiste rutscht und beschleunigt nicht ganz so schnell wie der Bus. Seine Beschleunigung ist kleiner als$a$. Diese Beschleunigung ist auf die kinetische Reibungskraft zurückzuführen.

Da die Box in Szenario (2) eine kleinere Beschleunigung erfährt, erfährt sie eine kleinere Kraft. Daher ist die kinetische Reibungskraft kleiner als die statische Reibungskraft.

Sie irren sich, wenn Sie glauben, dass die kinetische Reibung größer ist als die statische Reibung. Wenn Sie anfangen, gegen ein Objekt zu drücken, bewegt es sich zunächst nicht. Wenn Sie die Kraft erhöhen, beginnt es sich schließlich zu bewegen. Sobald es sich bewegt, können Sie die Kraft verringern, während Sie die Box weiterhin in Bewegung halten.

Dies erklärt den Einsatz von Antiblockiersystemen (ABS) in Autos. Wenn ein Rad nicht rutscht, ist sein Kontaktpunkt mit dem Boden statisch. Wenn Sie mit ABS bremsen, erkennen Sensoren, wenn sich ein Rad nicht mehr dreht, was auf Schleudern hinweist. Das System löst dann automatisch die Bremsen. Dadurch kann das Rad aufhören zu rutschen und die Haftreibung wieder herstellen. Auf diese Weise kann das Auto die maximale Bremsleistung aufrechterhalten.

Sie können dies testen, wenn Sie ein Auto ohne ABS haben. Auf nasser oder vereister Fahrbahn (am besten ohne Hindernisse) immer mehr Kraft auf das Bremspedal geben. Wenn die Räder blockieren, fühlt es sich an, als ob das Auto plötzlich nach vorne schießt. Lösen Sie die Bremse und versuchen Sie es erneut vorsichtiger, um mehr Bremskraft zu erzielen. Vor der Einführung von ABS war dies Routinepraxis für erfahrene Fahrer.

1. Wenn die Haftreibung groß genug ist, beschleunigt die Box mit dem Bus mit einer Beschleunigung, die der des Busses entspricht

Das ist richtig, und der Satz sollte hier enden. Die Box und der Bus haben die gleiche Beschleunigung, und die Beschleunigung beinhaltet die Richtung. Der Zusatz „in Kraftrichtung“ ist hier nicht sinnvoll.

2. Wenn die Haftreibung nicht groß genug ist, versucht die Box, ihre Trägheit aufrechtzuerhalten und bewegt sich dann mit dem Bus, nachdem die Gleitreibung eingesetzt hat.

Dies scheint darauf hinzudeuten, dass die Kiste zunächst stationär bleibt, aber nach einiger Zeit überschreitet die kinetische Reibung eine gewisse Schwelle und die Kiste beginnt sich zu bewegen. Alles an dieser Beschreibung ist falsch.

Ist die Haftreibung nicht groß genug, rutscht die Box. Wenn die Kiste rutscht, gibt es überhaupt keine Haftreibung, nur Gleitreibung. Diese Gleitreibung ist proportional zur Normalkraft (in diesem Fall konstant ). In jedem Fall hängt die Gleitreibung nicht davon ab, wie weit die Kiste gerutscht ist. [1] Die Kiste beschleunigt nicht so stark wie der Bus, aber sie beschleunigt , und diese Beschleunigung beginnt sofort .

[1] Es sei denn, dieses Rutschen bewirkt, dass sich die Kiste auf einen Abschnitt des Bodens mit einem anderen Reibungskoeffizienten bewegt.

Der Fehler in Ihrer Argumentation besteht darin, dass Sie in Fall 2 zwei verschiedene Situationen verwechselt haben.

Sie haben eine Situation beschrieben, in der der Bus eine konstante Beschleunigung hat und die Reibungskraft nicht ausreicht, um mit der Beschleunigung des Busses mitzuhalten. In diesem Fall ist die Antwort von DanDan0101 völlig richtig: Die Box wird für immer nach hinten rutschen.

Aber die andere Situation ist eine, in der die Kiste zu rutschen beginnt und schließlich stehen bleibt. Dieses Ergebnis ist durchaus möglich - Sie haben es wahrscheinlich im wirklichen Leben gesehen, weshalb Sie danach fragen. Was ist also anders an dieser Situation, die die Box schließlich zum Stillstand bringt?

Die Antwort ist, dass die Beschleunigung des Busses nicht konstant ist.

Der Bus beschleunigt für eine gewisse Zeit, und während dieser Zeit rutscht die Kiste, weil die Reibungskraft die Kiste nicht genug beschleunigen kann, um mitzuhalten. Dann hört der Bus auf zu beschleunigen und bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Jetzt ist die Beschleunigung der Kiste aufgrund von Reibung größer als die des Busses (weil die Beschleunigung des Busses 0 ist), und die Kiste hört auf zu rutschen, sobald sie beschleunigt hat, um sich der Geschwindigkeit des Busses anzupassen.