Reibungskräfte und ihre Richtungen

Kürzlich habe ich eine Frage zu Reibungskräften beim Mathe-Stack-Exchange gestellt (weil es im Grunde Teil des Mathe-Lehrplans ist) und ich habe einige Schlussfolgerungen gezogen.

  1. Wenn A und B in grobem Kontakt sind und sich im Grenzgleichgewicht befinden, dann gibt es zwei Reibungskräfte. Einer wirkt auf A und einer wirkt auf B.

  2. Die Richtung der Reibungskräfte kann bestimmt werden, indem die Bewegungsrichtung berechnet wird, wenn die Reibung nicht vorhanden war. (Dies ist ein Trick, um die Richtung der Reibungskraft zu berechnen, der auf https://physics.stackexchange.com/a erwähnt wurde /94837/128083 )

  3. Die Richtung der Reibungskräfte an A und B ist entgegengesetzt.

1,2 sind trivial und wurden auf dem Math-Stack-Austauschlink impliziert. Ich habe jedoch Regel 3 entwickelt, indem ich die relativen Geschwindigkeiten jedes Objekts beobachtet habe.

Nehmen wir an, A ist eine Wand und B ist ein Ball, der in grobem Kontakt mit A steht. Aus Sicht von A fällt B herunter, daher sollte eine nach oben gerichtete Reibungskraft auf B wirken. Aus Sicht von B bewegt sich A nach oben, also nach unten Kraft soll auf A wirken.

Das Problem tritt jedoch in der folgenden Frage auf

Frage

(Mit nach unten und nach oben meine ich tangential nach oben und tangential nach unten am Punkt P)

Die Kugel P bewegt sich nach unten. Eine nach oben gerichtete Reibungskraft wirkt auf P. Bearbeiten Eine nach oben gerichtete Reibungskraft bei P impliziert eine nach unten gerichtete Reibungskraft für die Scheibe bei P. Da die Reibungskraft der Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, impliziert eine nach unten gerichtete Reibung eine Aufwärtsbewegung und damit ein Moment im Uhrzeigersinn. Es scheint jedoch trivial, dass sich die Scheibe gegen den Uhrzeigersinn drehen sollte, aber unter Verwendung der Regel 3 können wir schlussfolgern, dass die Bewegung im Uhrzeigersinn erfolgt.

Kann jemand bitte die Irrtümer in der vorgeschlagenen Regel 3 erklären? Wenn es einen Irrtum gibt, erklären Sie bitte eine Alternative, die ich anwenden kann, um die Richtung der Reibungskräfte zu ermitteln.

Der oben genannte Link lautet: https://math.stackexchange.com/q/2303592/335742

Antworten (3)

Dein Problem ist dieser Satz:

Da die Reibungskraft der Bewegungsrichtung entgegengerichtet ist ...

Reibungskräfte sind der Richtung der relativen Bewegung entgegengesetzt. Es ist nicht so, dass es sich um eine entgegengesetzte absolute Bewegung handelt.

Stellen Sie sich vor, Sie lassen ein Objekt auf ein Förderband fallen, das sich nach rechts bewegt. Reibung vom Riemen auf das Objekt bewirkt, dass es sich auch nach rechts bewegt. Reibung und Bewegung sind also nicht entgegengesetzt.

Aber bis es die gleiche Geschwindigkeit erreicht, bewegt sich das Objekt im Vergleich zum Band nach links .

Zurück zu Ihrer Scheibe: Wenn es keine Reibung gäbe, würde sich die Scheibe nicht drehen. Der Ball würde einfach nach unten rutschen. In einem solchen Fall wäre die Relativbewegung zwischen den Objekten die Abwärtsbewegung der Kugel im Vergleich zur Scheibe. Das sagt Ihnen, dass die Reibung zwischen den beiden auf der Kugel "oben" und auf der Scheibe "unten" wäre. Diese Reibungsrichtung ist eine Kraft und gibt Ihnen die Beschleunigung. Der Ball fällt langsamer als ohne Reibung, und die Scheibe beschleunigt gegen den Uhrzeigersinn.

Können Sie bitte klarstellen, woher Sie wussten, dass durch die Abwärtsbewegung der Kugel die Reibungsrichtung auf der Scheibe nach unten gerichtet ist?
Ohne Reibung würde die Kugel durch die Schwerkraft nach unten gezogen und würde sich relativ zur Scheibe nach unten bewegen (da keine anderen tangentialen Kräfte auf die Scheibe wirken, würde sie in Ruhe bleiben). Dieser Relativbewegung wirkt die Reibung entgegen (oben an der Kugel, unten an der Scheibe).
Okay, ich nehme an, Sie verwenden die Analogie, die ich in meiner Frage gegeben habe, als Sie Regel 3 erklärt haben. Der Grund, warum sich die Scheibe dreht, ist, dass es eine unausgeglichene Kraft (Reibung) gibt und sie sich daher in Richtung der Kraft dreht. Rechts? Den Rest deiner Antwort habe ich verstanden. Nur eine Sache, was Sie mit "Aber bis es die gleiche Geschwindigkeit erreicht hat, bewegt sich das Objekt im Vergleich zum Band nach links." Bei gleicher Geschwindigkeit ist die Relativbewegung 0. Dadurch kann eine Relativgeschwindigkeit in Linksrichtung (aus Riemensicht) entstehen.
Die Situation begann mit einer relativen Bewegung, weil sich das Band bewegte und das Objekt darauf platziert wurde. Das Band bewegt sich nach rechts (relativ zum Raum). Das Objekt bewegt sich nicht (relativ zum Raum). Das Objekt bewegt sich also relativ zum Band nach links. Da Reibung das Objekt nach rechts beschleunigt, sinkt die Relativgeschwindigkeit zwischen Riemen und Objekt auf Null.

Angenommen, es gibt eine Relativbewegung zwischen den beiden Körpern, wobei sich ein Körper schneller bewegt als der andere.

Die Reibungskraft auf den langsameren Körper versucht, seine Geschwindigkeit zu erhöhen, um die relative Bewegung zwischen den Körpern zu verringern.
Die Reibungskraft auf den schnelleren Körper versucht, seine Geschwindigkeit zu verringern, um die relative Bewegung zwischen den Körpern zu verringern.

Sie haben also die beiden in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Reibungskräfte, die beide versuchen, die Relativbewegung zwischen den Körpern zu verringern.

Ein ähnliches Argument lässt sich für zwei Körper anführen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen.
In diesem Fall wirkt die Reibungskraft auf den einen Körper in die gleiche Richtung wie die Bewegungsrichtung des anderen Körpers und das gleiche gilt für den anderen Körper.
Das Nettoergebnis sind die Reibungskräfte, die versuchen, die Relativbewegung zwischen den beiden Körpern zu verringern.

In beiden Fällen sind die auf die beiden Körper wirkenden Reibungskräfte entgegengesetzt gerichtet und gleich groß - Newtons drittes Gesetz.

Für das Beispiel, das Sie für das dritte Newtonsche Gesetz aufgestellt haben, müssen ihre "Geschwindigkeiten" gleich sein, wenn ich möchte, dass die Reibungskräfte gleich sind. Rechts?
@FaiqRaees Es ist immer wahr, also könnte sich ein Objekt nicht bewegen und das andere Objekt bewegen, und es wäre kinetische Reibung.
Ach so, Reibungskräfte, egal was, werden gleich sein, weil die Relativgeschwindigkeit für die Objekte immer gleich sein wird. Danke schön.

Sie haben die Antwort selbst erwähnt! Da eine nach oben gerichtete Reibungskraft auf P wirkt, wirkt eine nach unten gerichtete Reibungskraft auf die Scheibe am Kontaktpunkt von P, und daher dreht sie sich gegen den Uhrzeigersinn (Beachten Sie, dass die Richtung der Reibungskräfte in die entgegengesetzte Richtung ist, nicht in die Richtung von Bewegung) (Um genau zu sein, die Reibungskräfte wirken jedoch nicht direkt nach oben oder unten, sondern in Richtung der Tangente an P)

Siehe Bearbeiten.
Ich denke, dass Reibungskräfte und Bewegungsrichtung für einen jeweiligen Körper entgegengesetzt sind. Somit impliziert eine Abwärtsreibung eine Bewegung der Scheibe im Uhrzeigersinn (die durch die vorhandene Reibung aufgehoben wird).
Sie verwechseln die relative Bewegung (oder mögliche Bewegung) der beiden Objekte mit der Gesamtbewegung der Objekte. Stellen Sie sich einen fahrenden Zug vor und Sie schieben einen Gegenstand in Richtung des Zugendes. Die Reibung vom Gegenstand zum Boden wirkt nach hinten, aber der Zug fährt immer noch vorwärts, nicht wahr?
Reibungskräfte und ihre Richtungen
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