Könnte bitte jemand mit etwas Physik über Widerstandskräfte helfen, die einen Ball verlangsamen würden, der über einen Boden rollt. Ich habe widersprüchliche Informationen über die Wirkung von Reibung gefunden. Wenn der Ball den Boden berührt, gehe ich richtig in der Annahme, dass es keine kinetische Reibung gibt, da sich die Oberflächen nicht relativ zueinander bewegen? Es würde natürlich statische Reibung geben, aber in Bezug auf das Abbremsen des Balls gäbe es keine Reibungsverluste zwischen dem Boden und dem Ball. Meine Argumentation ist, dass die Arbeit, die gegen die Bewegung der Kugeln geleistet wird, die Reibungskraft multipliziert mit der Entfernung wäre, über die sie wirkt, aber es gibt keine kinetische Reibung und statische Reibung kann per Definition keine Arbeit leisten, da sie statisch ist? Ist das richtig? Einige Informationen, die ich gefunden habe, besagen, dass Reibung der Bewegung entgegensteht, aber ich tue es nicht
Sie haben Recht, dass sich der Ball in Bezug auf den Boden nicht bewegt, sodass wir uns an dieser Schnittstelle keine Gedanken über kinetische Reibung machen müssen.
Aber da der Energieverlust dort so gering ist, werden andere Bereiche des Energieverlusts signifikant. Kleine Verlustquellen müssen untersucht werden, um das Bild zu verstehen. Wie Sie sagen, könnte der Luftwiderstand eine große Rolle spielen.
Der andere große Verlustbereich ergibt sich aus der Tatsache, dass weder der Boden noch der Ball vollständig starr oder vollständig glatt sind. Dadurch können sich beide während der Rolle biegen. Ein Teil dieser Biegung wird unelastisch sein. Der Rückprall des Materials wird unvollständig sein und den Ball verlangsamen. Bereiche, in denen die Schnittstelle nicht vollständig glatt ist, führen dazu, dass die beiden Oberflächen schlagen und vibrieren. Die Vibration zerstreut sich als Wärme und Schall, nicht als Bewegung. Wenn Sie den Ball rollen hören, wissen Sie, dass ein Teil der Energie verloren geht, um die Schallwellen zu erzeugen.
Der Summeneffekt all dieser Verluste ist allgemein als "Rollreibung" oder "Rollwiderstand" bekannt, obwohl die Quelle etwas anders ist als die übliche physikalische Verwendung von statischer und kinetischer Reibung.
Wenn die Kugel und die Oberfläche, auf der sie rollt, völlig glatt wären, gäbe es keine Haftreibung. Aber der Ball wollte nicht rollen; es würde rutschen.
In Wirklichkeit sind Ball und Oberfläche rau, aber das wackelt beim Rollen des Balls. Das durch Oberflächenrauheit verursachte Wackeln liegt knapp über der Schwelle zwischen Haft- und Gleitreibung. Dieser Schwellenwert ist der Haftreibungskoeffizient, der die Kraft ist, die der Reibung widersteht, dividiert durch die Normalkraft senkrecht zu den Rollflächen. Da der Kontaktpunkt zwischen Kugel und Oberfläche jedoch immer statisch ist, ist die einzige mechanische Reibung, die Sie bei einer rollenden Kugel berücksichtigen müssen, die kinetische Reibung.
Gleitreibung in einem rollenden Ball wird durch das Wackeln der rauen Oberfläche des Balls gegen die raue Oberfläche des Bodens verursacht. Der Koeffizient der kinetischen Reibung ist immer kleiner als der Koeffizient der statischen Reibung, da weniger Kraft erforderlich ist, um ein Objekt in Bewegung zu halten, als um seine bewegungslose Trägheit zu überwinden. Da jedoch eine Kugel eher rollt als gleitet, wird die kinetische Reibung nicht sehr beträchtlich sein.
Je weicher der Ball, desto mehr verformt er sich beim Rollen und desto größer ist der Oberflächenkontakt zwischen Ball und Boden, wodurch mehr Gelegenheit für kinetische Reibung entsteht. Außerdem verbraucht die Verformung des Balls Energie und erzeugt Luftwiderstand.
Zusätzlich zur mechanischen Reibung gibt es eine molekulare Anziehung zwischen dem Material der Kugel und dem Oberflächenmaterial.
Im Allgemeinen wird der Rollreibwert experimentell für zwei Materialien bestimmt. Sie können die Widerstandskraft berechnen, indem Sie den Rollreibungskoeffizienten mit dem Gewicht des rollenden Objekts (der Normalkraft) multiplizieren.
Wenn man sich an die Analyse dieses Problems macht, vermute ich, dass es sehr kompliziert ist und Sie wahrscheinlich unterschiedliche Bewegungsregime in Bezug auf die Energieübertragung haben - und in Bezug auf die Geschwindigkeit oder vielmehr den Impuls des Balls und die von der Schwerkraft und dem Gewicht abhängige Normalkraft von der Ball. Die Kugel hat einen linearen Vorwärtsimpuls, aber da Reibung die Oberfläche ergreift, überträgt sie ein Drehmoment und so speichert die Kugel auch Drehimpuls. Man kann das Problem als Gedankenexperiment darstellen und sagen, dass die Reibung nur „statisch“ ist, aber die Realität ist, dass die Dinge sehr chaotisch sind – es gibt sowohl Greifen als auch Rutschen und Wärme geht immer an den Boden verloren, wenn der Ball rollt. Das bremst letztendlich, wenn man den Luftwiderstand (Luftwiderstand) außer Acht lässt.
Ich habe einmal mit einem sehr schlauen Ingenieur zusammengearbeitet, der ein Untersetzungsgetriebe ohne Zähne erfunden hat. Die Idee war, das Spiel zu eliminieren und eine unendliche Auflösung der Bewegung zu haben. Die Konstruktion ähnelte einem Planetengetriebe, aber anstelle von Zahnrädern verwendete er präzise runde und hochglanzpolierte Kugellager, die sich mit extrem hoher Vorspannung berührten. Theoretisch hätte es funktionieren sollen, basierend auf der Annahme, dass die gesamte Reibung statisch wäre (unter der Annahme einer ausreichenden Vorspannung). Doch die Erfindung scheiterte. Er konnte die Gleitreibung nie vollständig eliminieren, und die Periode der gleitenden/statischen Ereignisse war zufällig und niemals wiederholbar.
Johannes1024