Warum wirkt Reibung parallel zur Oberfläche (mikroskopische Ebene)?

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Nehmen wir an, ein Objekt (blaue Schicht) gleitet nach rechts über eine Fläche (schwarze Schicht). Nach Newtons 3. Gesetz würde die Reibungskraft nach links wirken (der Relativbewegung des Objekts entgegenwirken).

Um Verwirrung zu vermeiden (da dies zu einer führen könnte). Stellen Sie sich eine einfache schiefe Ebene und eine Kiste vor, die aufgrund ihres eigenen Gewichts nach unten rutscht. Wir wissen, dass die auf die Ebene wirkende Kraft die Kraftkomponente ist, die senkrecht zum Gewicht steht, und gemäß dem 3. Newtonschen Gesetz würde die Kiste dasselbe erfahren Betrag der Kraft, aber in entgegengesetzter Richtung (was in diesem Fall als Normalkraft bekannt ist).

Nun zu meinem Hauptproblem. Die weißen Pfeile, die ich gezeichnet habe, sind senkrecht zur Oberfläche der winzigen Grate / Unebenheiten (schwarze Schicht), was auch darauf hinweist, dass dies die Komponenten der "Schubkraft" (roter Pfeil) sind, die tatsächlich auf die Grate und die rosa Pfeile wirken würden (gleiche Größe, aber entgegengesetzte Richtung) sind die Widerstands-/Reaktionskraft, die das Objekt (blaue Schicht) erfahren würde.

Wenn ich auf die Richtung der Pfeile zurückblicke, bemerke ich, dass sie der Bewegungsrichtung des Objekts nicht entgegengesetzt sind. Zuerst hielt ich dies für einen Widerspruch zu dem, was normalerweise gesagt wird, dass Reibung der Gleitbewegung entgegengesetzt wirkt, aber unter Verwendung der Analogie der geneigten Ebene, wobei ich annahm, dass das Gewicht die „Schubkraft“ und die Reibungs- / Widerstandskraft ist, die ich als gezeichnet und erklärt habe 'Normalkräfte der schiefen Ebene, die einander nicht auch entgegengesetzt sind, macht dies Sinn und somit wird das Newtonsche Gesetz nicht verletzt.

Nun stellt sich die Frage: Warum nehmen wir an, dass die Reibungskraft genau entgegengesetzt zur Relativbewegung des Objekts wirkt?

* Ich bin vielleicht zu "mikroskopisch", aber was meiner Meinung nach der Grund dafür sein könnte, ist wahrscheinlich, dass, wenn all diese unterschiedlich gerichteten Reibungskräfte für alle Grate / Unebenheiten "gemittelt" werden, ihre Richtung sehr nahe daran liegt, das Gegenteil von zu sein Objektbewegung. Daher nehmen wir der Einfachheit halber alle an, dass es genau umgekehrt ist. Kann jemand überprüfen, ob das stimmt? Und wenn nicht, korrigiert mich bitte freundlich. Eine Aufklärung wäre sehr hilfreich.

Warum nehmen wir an, dass der Betrag der Reibungskraft proportional zum Betrag der Normalkraft ist?
Ich habe nichts über die rosa Pfeile gesagt. Ich stelle Ihnen eine Frage, über die Sie nachdenken sollten. Es könnte Ihnen mit diesem helfen.
Nach F=uN sind sie tatsächlich proportional. Ist das genug? Oder sollte ich mehr ausführen (es könnte zu lang sein)
Ich frage Sie nicht, weil ich es nicht weiß und Sie es mir sagen müssen. Ich bitte um Ihren Vorteil. Warum verwenden wir diese Formel? Woher kommt das? Die Erforschung dieser wird Ihnen hier helfen.
Du meinst den Ursprung der Formel und warum ist das so? Dann ja, ich könnte erklären, warum. Hier ist meine Erklärung.
Die Formel sagt uns, wie die Normalkraft die Reibung beeinflussen würde, die ein Objekt erfährt. Wenn eine zusätzliche Kraft senkrecht zum Boden ausgeübt wird, nimmt die Reibung gemäß der Formel zu, dies mag intuitiv erscheinen, da wir wissen, dass senkrechte Komponenten voneinander unabhängig sind, aber ja, das Hinzufügen von mehr Kraft würde tatsächlich die Reibung erhöhen.
{Fortsetzung} Dies liegt daran, dass der Druck zwischen den Unebenheiten zunimmt, wenn mehr Kraft ausgeübt wird, wodurch eine weitere Verformung und eine Verbreiterung der Kontaktfläche verursacht wird, was nicht nur dazu führt, dass mehr dieser Spitzen und Täler „tiefer“ ineinandergreifen, die Zunahme im Kontaktbereich bewirkt eine stärkere Haftung zwischen diesen beiden Oberflächen und daher erhöht sich die Kraft, die erforderlich ist, um diesen Widerstand zu überwinden.
Aber warum ist es so einfach? Warum ist es eine kompliziertere Gleichung, die von mehr Variablen, höheren Potenzen usw. abhängt?
Weil es eine allgemeine Annäherung an die Funktionsweise von Reibung ist. Da Sie alle möglichen Szenarien einbeziehen würden, wäre dies viel zu kompliziert und nicht die effizienteste.
Hm. Interessant
Ich habe die Antworten vor ein paar Tagen auch hier im Forum bekommen
Es ist ein einfaches Modell. Das ist der Punkt.
@AaronStevens Ich dachte, dass sich die Komponenten der Kräfte, die senkrecht zu den Oberflächen wirken, alle aufheben, was zu einer rein horizontalen Reibung führt? Ich wusste nicht, dass es sich um ein vereinfachtes Modell handelt.
@aditya_stack Unter der Annahme einer rein horizontalen Kraft von F = μ N für Gleitreibung ist ein sehr vereinfachtes Modell. Wenn sich ein Objekt tatsächlich über eine holprige/gezackte Oberfläche bewegen würde, würden Sie nicht erwarten, dass sich die vertikalen Kraftkomponenten immer aufheben, wenn das Objekt über die Oberfläche gleitet. Das vereinfachte Modell vernachlässigt dies.

Antworten (2)

Bei den meisten Oberflächen, die wir als makroskopisch glatt betrachten, kommt der dominierende Beitrag zur Trockenreibung tatsächlich von der Adhäsion zwischen den beiden Oberflächen – eine Folge schwacher intermolekularer Bindungen, die sich ständig bilden und auflösen. In solchen Fällen kann man sich die Reibungskraft als Folge winziger Molekularfedern vorstellen, die sich dehnen und damit der Relativbewegung der Oberflächen entgegenwirken.

Bei holprigen Materialien - sagen wir, zwei Stücke grobkörniges Sandpapier, die übereinander gleiten - haben Sie Recht, dass die Kraft nicht immer genau entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung ist. Wenn Sie das Experiment durchführen, werden Sie sehen, dass das obere Stück Sandpapier willkürlich kleine „Kicks“ nach oben erhält, wenn die Berge und Täler übereinander gleiten.

Danke für die Antwort. Eine weitere Sache, die ich fragen werde, ist. Ist die Haftung zwischen diesen beiden Oberflächen noch vorhanden, wenn sich das Objekt bewegt, habe ich einen Artikel gelesen, in dem es heißt, dass dies nicht so viel Wirkung haben wird, da die Unebenheiten nicht genug Zeit hätten, um diese schwachen intermolekularen Bindungen zu erzeugen. Bedeutet dies nicht, dass bei Bewegung mehr nicht parallele Reibungskräfte auf das Objekt einwirken?

Es ist vor allem eine Frage der Definition. Die Kontaktkraft zwischen zwei Oberflächen ist normalerweise weder parallel noch normal zu den Oberflächen. Aber es ist bequem, die Kraft in eine normale Komponente und eine Komponente – die wir Reibung nennen – parallel zu den Oberflächen aufzulösen. Ich sehe keinen Grund, warum dies nicht auf mikroskopischer Ebene gelten sollte.

Warum wirkt Reibung parallel zur Oberfläche (mikroskopische Ebene)?
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