Steigt die Gleitreibungskraft mit der Relativgeschwindigkeit der beteiligten Objekte?
Ich habe gehört und gelesen, dass die Antwort nein ist. Das widerspricht der Intuition und ist ein großer Teil dessen, warum die Frage „Flugzeug auf Laufband“ so interessant ist.
Welche Phänomene wirken bei der Gleitreibung und warum nimmt sie nicht mit der Relativgeschwindigkeit zu?
Auf der einfachen Annäherungsebene, wo Sie von kinetischer Reibung sprechen, hängt es nicht von der Geschwindigkeit ab. Es ist jedoch keine große Annäherung (die Koeffizienten der kinetischen Reibung, die Sie für Materialien finden, weisen in der Regel große Unsicherheiten auf).
Der Grund, warum wir die Annäherung verwenden (abgesehen davon, dass sie gute Einführungsprobleme in der Mechanik verursacht), ist, dass die mikroskopische Physik ziemlich kompliziert ist. Auf sehr kleinem Maßstab sind alle Objekte etwas rau (auf atomarer Ebene, wenn nicht früher), und Reibung ist das Ergebnis des Versuchs, eine geriffelte Oberfläche über eine andere zu ziehen. Größere Vorsprünge von den Oberflächen werden aneinander hängen bleiben und erfordern eine gewisse Kraft, um sich zu lösen, und die Summe all dieser mikroskopischen Haken und Widerstände ist die Kraft, die wir als Reibung betrachten. Da es unmöglich ist, all diese Wechselwirkungen für ein Objekt vernünftiger Größe im Detail zu verfolgen, nähern wir die Gesamtkraft mithilfe des kinetischen Reibungsmodells an.
Gleitreibung hat jedoch nichts mit dem Flugzeug-auf-einem-Laufband-Problem zu tun. Gleitreibung bedeutet, dass zwei Oberflächen übereinander gleiten. In einer rollenden Situation findet jedoch kein Gleiten statt. An dem Punkt, an dem die Räder des Flugzeugs mit der Bodenoberfläche (oder einem Laufband) in Kontakt kommen, bewegt sich die Radoberfläche nicht relativ zum Boden. Die relative Geschwindigkeit des den Boden berührenden Stücks des Rads und des Stücks des Bodens, das es berührt, ist immer Null, egal wie schnell sich das Rad relativ zur Oberfläche bewegt.
Eine nette Art, dies zu sehen, besteht darin, ein Lineal auf ein paar Getränkedosen (oder andere praktische runde Gegenstände) zu legen und es ein Stück über die Oberfläche eines Tisches neben einem anderen Lineal zu rollen. Sie werden feststellen, dass die Entfernung, die das Lineal oben auf den Dosen zurücklegt, doppelt so groß ist wie die Entfernung, die von der Mitte einer der Dosen zurückgelegt wird. Dies geschieht, weil der Punkt, an dem die Dosen den Tisch berühren, relativ zum Tisch stationär ist. Die Mitten der Dosen bewegen sich jedoch, was bedeutet, dass sich der obere Teil der rollenden Dose mit der doppelten Geschwindigkeit der Mitte bewegen muss, damit die Durchschnittsgeschwindigkeit der Dose funktioniert. Sie können sich vorstellen, dass der Kontaktpunkt, die Mitte und die Spitze (irgendwann) wie Punkte sind, die durch einen Stock verbunden sind, der sich um den Kontaktpunkt dreht – der Punkt am anderen Ende des Stocks bewegt sich doppelt so schnell wie der Punkt bei die Halbzeitmarke (offensichtlich dies gilt nur genau für die unendlich kleine Zeitspanne zwischen dem Auftreffen eines bestimmten Dosenstücks auf den Tisch und dem Wiederabheben, während die Rolle fortgesetzt wird, aber es bringt Sie auf die richtige Idee). Somit bewegt sich das Lineal entlang der Oberseite doppelt so weit wie die Mitte der Dosen.
Es sind viele Reibungsmechanismen zu berücksichtigen. Die "trockene" Reibung hängt nicht von der Gleitgeschwindigkeit ab, sondern nur von der Normalkraft. „Viskose“ Reibung hängt linear von der Geschwindigkeit ab, „elastohydrodynamische (EHD)“ Reibung hängt von Geschwindigkeit, Druck und Filmeigenschaften ab.
Welche Art von Reibung fordern Sie konkret?
Ich denke, es ist eine sehr kritische Bedingung der kinetischen Physik.
Wie wir wissen, hängt die Reibung nicht von der relativen Geschwindigkeit des Objekts ab. Dazu müssen Sie die grundlegendsten Reibungsursachen kennen. Das ist die Angleichung der rauen Oberfläche des Objekts in die der Oberfläche. Wenn das Objekt also schnell ist, besteht eine geringere Chance, sich zu beruhigen, aber aufgrund der höheren Geschwindigkeit und des größeren Verlusts in Momentum.bcz wird die Kollision größer sein. Und wenn sich obj langsam bewegt, bleibt Zeit für die Rauheit des Objekts, sich zu beruhigen, aber aufgrund der geringeren Geschwindigkeit ändert sich der Impuls weniger.
Marek