Welche Faktoren bestimmen den Reibungskoeffizienten?

Eine klassische Frage, schwieriger als es aussieht! Ich denke, der Trick besteht darin zu verstehen, was den Reibungskoeffizienten nicht bestimmt.

(1) Das Gewicht des Objekts bestimmt nicht den Reibungskoeffizienten. Sie können sehen, dass es separat in die Gleichung eingeht.

(2) Die Größe des Objekts bestimmt nicht den Reibungskoeffizienten! Wenn ich einen Würfel über einen Tisch schiebe und einen anderen Würfel mit demselben Gewicht, aber doppelt so groß, ändert sich die Reibungskraft nicht.

An dieser Stelle sollten Sie schlussfolgern, dass keine makroskopischen Eigenschaften des Objekts den Reibungskoeffizienten beeinflussen. Es geht ausschließlich um das Bild auf mikroskopischer Ebene.

Was beeinflusst es also? Intuitiv die "Rauheit" der Oberfläche, wie in den Kommentaren erwähnt. Allgemeiner lautet die Antwort nur "die beiden beteiligten Materialien".

Hier ist eine perfekte Liste einiger Reibungskoeffizienten . Beachten Sie, dass jeder Eintrag für eine Kombination von Materialien gilt (z. B. „Holz auf Glas“) und unterschiedlich ist, ob sie trocken sind oder ob sich etwas zwischen den beiden Materialien befindet (z. B. Wasser oder ein Schmiermittel). Es gibt einige Materialien in der Tabelle, denen Sie im Alltag nicht begegnen, aber ich wette, Sie können auf einige gute Beispiele kommen, indem Sie einfach darüber nachdenken, was sich gut in andere Dinge einfügt. Wenn Sie beispielsweise einen schrägen, glatten Tisch haben, würden Sie Ihr Metalltelefon ohne Hülle darauf legen? Wie wäre es mit einer Gummihülle?

Rest Antworten sind in Ordnung. Nur noch ein Punkt, den ich hinzufügen möchte, ist, dass Laufruhe nicht immer einen niedrigen Reibungskoeffizienten bedeutet. Da Reibung keine fundamentale Kraft ist und elektrostatischen Ursprungs ist (lesen Sie die Feynman-Vorlesungen über Reibungskräfte), erhöht eine sehr glatte Oberfläche die Reibungskräfte zwischen den Objekten, da sie Atome näher genug bringt, um miteinander zu interagieren.

Tribologie ist ein sehr komplexes wissenschaftliches Thema. Es gibt verschiedene Ansätze, die Wechselwirkung zwischen zwei Gleitflächen zu beschreiben, die zu unterschiedlichen Qualitäten zur Beeinflussung des Reibungskoeffizienten führen. An die, an die ich mich jetzt erinnern kann, sind:

1. Die Reibungskraft wird durch Unebenheitsverformung verursacht.
   In diesem Fall sind Rauheit und Härte Parameter, die den CoF beeinflussen. Je härter und glatter eine Oberfläche ist, desto niedriger wird der CoF sein. Je rauer die härtere Oberfläche ist, desto höher sind CoF und Verschleiß.
2. Die Reibungskraft wird durch atomare Kräfte zwischen den Oberflächen verursacht
   . Je glatter die Oberflächen sind, desto mehr Bindungen werden zwischen den Oberflächen gebildet, was zu einem höheren CoF führt. Die Zusammensetzung der Oberflächen spielt auch eine Rolle, wenn die Atome in Gegenstücken kovalente Bindungen bilden können, ist der CoF viel höher als im Fall von Materialien, die Van-der-Vaals- oder Wasserstoffbrückenbindungen bilden.

Es gibt auch "andere" Phänomene, die den CoF beeinflussen.

1. Was liegt dazwischen?
   Der Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakt kann theoretisch direkt sein, oder es kann einen Film aus einer Flüssigkeit (Schmiermittel oder Ätzmittel), Festschmierstoff, Staub oder Abrieb geben – Material, das von den Gegenstücken abgenutzt ist. Dadurch können sich die tribologischen Eigenschaften des Kontakts komplett verändern.
2. Temperatur
   Einige Oberflächen ändern ihr Verhalten mit der Temperatur stärker als andere, einige können schmelzen und einen schmierenden Flüssigkeitsfilm bilden, andere können mit dem Gegenstück verschweißen.
3. Gleitgeschwindigkeit
   Bei höheren Geschwindigkeiten haben die Unebenheiten möglicherweise nicht genug Zeit, um sich so stark zu verriegeln, wie im Fall von langsameren Geschwindigkeiten, was zu geringeren zu verformenden Volumina führt, was zu einem niedrigeren CoF führt. Im Falle eines geschmierten Kontakts kann die Viskosität des Films bei höheren Geschwindigkeiten zu einem höheren CoF führen.

Und das ist nur ein sehr kurzer und oberflächlicher Einblick.

Reibungskoeffizient ist zwischen zwei Materialien. Gummi hätte also auf Pflaster einen anderen Reibungskoeffizienten als auf Glas. Allerdings haben einige Materialien, wie Gummi, gegenüber vielen anderen Materialien tendenziell höhere Reibungskoeffizienten. Andere Materialien wie PTFE und Eis haben mit vielen anderen Materialien niedrige Reibungskoeffizienten. Eis wird oft als Beispiel für ein Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten genannt. Nachfolgend finden Sie eine zusammenfassende Erläuterung einiger Effekte, die den Reibungskoeffizienten beeinflussen. Genauer gesagt fällt dieses Thema unter die Kategorie Tribologie.

Oberflächenrauheit +

Wenn zwei Materialien beide extrem rau sind (wie Schleifpapier mit einer Körnung von <200), dann finden die Teile, die auf einer Oberfläche herausragen (Unebenheiten), oft ihren Weg in die Täler der anderen Oberfläche, wie z. B. Zahnradzähne. Diese Wechselwirkung hilft zu verhindern, dass die Oberflächen gegeneinander gleiten. Daher haben Materialien mit höherer Rauheit oft höhere Reibungskoeffizienten.

Schmierung -

Oft gibt es einige Medien, die leicht verformbar sind und zwischen den beiden Oberflächen sitzen. Das Öl in Ihrem Motor trennt die Stahlteile so gut, dass sich der Stahl eigentlich gar nicht berührt. In diesem Fall ist die Reibungskraft tatsächlich auf die viskosen Effekte der Ölverformung zurückzuführen und ist stark geschwindigkeitsabhängig. Eine nasse Straße hat einen geringeren Reibungskoeffizienten mit Gummi als eine trockene Straße, da das Wasser als Schmiermittel wirkt. Eis schmiert sich durch Schmelzen selbst und bildet eine Wasserschicht, um die Eiskristalle von der anderen Oberfläche zu trennen. Andere Feststoffe, wie Graphit, schmieren sich selbst, indem sie winzige Teile von sich selbst abbrechen, die dann als Schmiermittel wirken.

Zwischenmolekulare Kräfte +

Wenn Moleküle sehr nahe beieinander liegen, neigen sie dazu, miteinander zu interagieren. Oft wollen sie sich durch die Van-der-Waals-Kraft oder auf andere Weise aneinander festhalten. Dies erhöht tendenziell die Reibung. PTFE (Handelsname Teflon) neigt dazu, sehr geringe intermolekulare Kräfte zu haben, und als Ergebnis neigt es dazu, eine geringe Reibung zu haben.

Steifigkeit ?

In den obigen Abschnitten gibt es viele „neigt dazu“ und „oft“ aufgrund der Wechselwirkung dieser (und anderer) Effekte. Zum Beispiel kann eine zunehmende Oberflächenrauheit tatsächlich die Reibung verringern, wenn dadurch eine Schmierung ermöglicht wird, um die Lücken zwischen den Oberflächen besser zu füllen. Es könnte auch die Reibung verringern, indem es einfach die meisten Moleküle von der anderen Oberfläche trennt, sodass die intermolekularen Kräfte geringer sind. Die Steifigkeit von Oberflächen kommt ins Spiel, wenn eine Oberfläche eine andere verformt. Beispielsweise verformt sich Gummi sehr leicht, wodurch es sich der Oberflächenrauheit des anderen Materials anpassen kann, sich darin verzahnt und die zwischenmolekularen Abstände verringert, um die zwischenmolekularen Kräfte zu erhöhen. Dies ist einer der Gründe, warum Gummi dazu neigt, eine hohe Reibung zu haben. Messing auf der Hand verformt sich zwar auch leicht, verformt sich aber in einer Weise, die Unebenheiten abreißt, die dann Schmierpartikel bilden. Die Weichheit von Messing verringert also tatsächlich die Reibung.

Nun, die Antwort von Ravi ist richtig, aber ich denke, es ist ein bisschen zu Ende, aber falls wir über den Rollreibungskoeffizienten sprechen, hängt der Reibungskoeffizient tatsächlich von 3 Dingen ab

1. Direkt proportional zur normalen Reaktion nach Oberfläche.

2. Direkt proportional zur Reibungskraft.

   3. Umgekehrt proportional zum Radius des rollenden Zylinders oder Rads usw. Der fette zeigt den zusätzlichen Faktor für den Rollreibungsfall, deshalb dachte ich, ich hätte darauf antworten sollen.