Rollwiderstand und Haftreibung

Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Frage vollständig verstehe, aber Rollwiderstand und Haftreibung sind sehr unterschiedlich.

Rollwiderstand ist in der Regel ein Sammelbegriff für die Energie, die in den vielen beweglichen Teilen verbraucht wird, wenn sich ein Fahrzeug bewegt. Das meiste davon ist wahrscheinlich viskoser Widerstand aufgrund von Öl in den Lagern, im Getriebe usw.

Haftreibung ist die Kraft, die erforderlich ist, um zwei Oberflächen übereinander gleiten zu lassen, aber solange die Oberflächen statisch bleiben und nicht rutschen, wird keine Energie dissipiert.

Nehmen Sie Ihr Beispiel vom Abschleppen eines Autos. Angenommen, Sie ziehen es mit konstanter Geschwindigkeit 1 Meter lang und müssen dazu mit einer Kraft von 100 N ziehen, dann ist die Arbeit, die Sie geleistet haben, nur Kraft mal Entfernung oder 100 J. Da sich das Auto mit konstanter Geschwindigkeit bewegte, wurde keine Energie verwendet, um es zu beschleunigen, also heizten die 100 J das Öl in den Lagern und im Getriebe usw. auf. Es ist diese Energiedissipation, die für den "Rollwiderstand" von 100 N verantwortlich ist.

Die Haftreibung liegt in diesem Beispiel zwischen Reifen und Fahrbahn. Solange die Reifen jedoch nicht rutschen, wird keine Energie abgeführt, sodass die Haftreibung die Kraft nicht beeinflusst, die Sie beim Versuch, das Auto abzuschleppen, spüren. Wenn Sie die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn verringern, zB das Auto auf nassem Eis abschleppen, rutschen die Reifen irgendwann, anstatt auf der Fahrbahn zu haften. Wenn dies passiert, drehen sich die Räder nicht und das Auto verhält sich effektiv wie ein einzelnes festes Objekt. Jetzt wird die Energie in der Kontaktfläche zwischen den Reifen und der Straße dissipiert, und die Kraft, die Sie benötigen, um das Auto mit konstanter Geschwindigkeit abzuschleppen, hängt davon ab, wie viel Energie dissipiert wird. Je rutschiger die Oberfläche ist, desto weniger Energie wird verbraucht, sodass weniger Kraft zum Abschleppen des Autos erforderlich ist.

Grundsätzlich gibt es drei Arten von Reibung (vom kleinsten zum größten): Rollen, Kinetisch und Statisch. Die Art und Weise, wie zwei Oberflächen miteinander interagieren, bestimmt, welche Art von Reibung gerade am Werk ist.

• Wenn ein Ball auf dem Boden rollt (ohne zu rutschen), übt der Boden Rollreibung auf den Ball aus. Der Kontaktpunkt zwischen beiden Oberflächen ändert sich ständig durch das Rollen der Kugel. An jedem Kontaktpunkt werden die Kräfte gegeneinander gedrückt, wodurch eine Verbindung zwischen den beiden Oberflächen entsteht. Wenn sich der Kontaktpunkt ändert, wird der vorherige Kontaktpunkt auseinandergezogen (wie eine Haftnotiz). Das Brechen der Bindung erfordert Energie, diese Energieentnahme ist das, was wir als rollende Kraft kennen.

• Wenn Sie einen Block haben, der über den Boden rutscht, übt der Boden kinetische Reibung auf den Block aus. In diesem Fall ändert sich der Kontaktpunkt nur für die Bodenoberfläche. Der Kontaktpunkt ändert sich in diesem Fall immer noch, sodass die beiden Oberflächen nicht wirklich Zeit haben, eine wirklich feste Verbindung einzugehen. Doch genau wie beim Ball unterbrechen Sie ständig die Bindungen zwischen den beiden Oberflächen, während der Block über den Boden gleitet. Das Brechen der Bindungen erfordert Energie, und diese Energieentnahme ist das, was wir als kinetische Reibung kennen. Was diese Bindung stärker macht als bei der Rollreibung, ist, dass die beiden Oberflächen aneinander reiben. Unter einem ausreichend starken Mikroskop würde dies so aussehen, als würden Sie versuchen, zwei Bergketten durcheinander zu schieben. Das ist nicht wirklich etwas, was darauf passiert. s eigene, also müssen Sie sie durcheinander zwingen, was Energie kostet. Im Fall von Rolling Friction haben Sie die beiden Bergketten nicht gezwungen, sich zu durchqueren.

• Wenn der Block nun einfach auf dem Boden läge (kein Rutschen) und etwas gegen den Block stoßen würde, wäre die Kraft, die der Boden auf den Block ausübt, um ihn am Rutschen zu hindern, statische Reibung. In diesem Fall gab die Tatsache, dass sich der Kontaktpunkt zwischen beiden Oberflächen nicht änderte, der Bindung zwischen den beiden Oberflächen Zeit, sich zu verstärken (bis zu einem maximalen Punkt). Diese stärkere Bindung würde mehr Energie erfordern, um zu brechen, als die, die sich ständig während der kinetischen Reibung bilden.

Ich denke, was bedeutet, dass Rollreibung mit statischer Reibung zusammenhängt, ist, dass statische Reibung das rollende Objekt daran hindert, in Richtung der Rolle zu gleiten. Um ehrlich zu sein, würde ich denken, dass es eher wie kinetische Reibung wäre, die ein rollendes Objekt am Rutschen hindert, weil die Tatsache, dass sich der Kontaktpunkt ständig ändert, verhindern sollte, dass die beiden Oberflächen Bindungen bilden, die so stark sind wie die, die während einer Unveränderung gebildet werden Berührungspunkt zwischen zwei Oberflächen.

Sie könnten versuchen, dies zu testen, indem Sie einen beschwerten Blockwagen über einen Mittelpunkt eines Stücks Metzgerpapier rollen. Das Auto sollte einen konstanten Wenderadius haben, der eingebaut ist, und Sie sollten ihn messen. Während das Auto rollt, können Sie es vom Mittelpunkt der Kurve ziehen und herausfinden, wie viel Kraft erforderlich ist, um es mit einer konstanten Geschwindigkeit zu rutschen. Dann können Sie dies erneut versuchen, aber mit einem Max-Kraft-Messgerät, das Ihnen sagt, ob die Kraft, die erforderlich ist, um ein rollendes Objekt zum Gleiten zu bringen, größer ist als die Kraft, die erforderlich ist, um es gleiten zu lassen.