Adhäsion vs. statische Reibung

Ich sage nicht, dass diese Analogie wirklich korrekt ist, aber wenn Sie sich vorstellen, dass die beiden Oberflächen mikroskopisch kleine Grate haben, die wie Zahnradzähne ineinander greifen, ist es klar, dass es möglich ist, einen hohen Gleitwiderstand und einen geringen Widerstand gegen das Auseinanderbewegen zu haben.

Okay, ich glaube, ich verstehe, warum ich verwirrt war. Dies sind nur meine Gedanken und überhaupt keine sehr wissenschaftliche Analyse, aber ich denke, das Problem ist, dass keine einzige Erklärung für Reibung ausreicht.

Die beiden Hauptfragen, die ich beantworten möchte:

1. Warum statische Reibung größer ist als kinetische Reibung
2. Warum Reibung nur manchmal Haftung bedeutet

Es gibt nicht nur eine einzige Ursache für Reibung. Reibung ist einfach jede Kraft, die der Kraft entgegenwirkt, die ausgeübt wird, wenn zwei Oberflächen in Kontakt sind.

Davon abgesehen gibt es zwei Hauptmodelle, die zeigen, warum dies geschieht. Ich denke, einige von uns haben das eine gelernt und einige von uns das andere (mit uns meine ich Studenten, die immer noch mit Physik beginnen) , also werde ich die beiden einfach zusammenfügen und hoffentlich hilft es, ein klareres Bild zu zeichnen.

Die erste hängt von der "Rauheit" der Oberfläche ab:

Dies liegt daran, dass, wie @ Ben51 beschrieben hat, Teile der einen mit Teilen der anderen "ineinandergreifen", wenn die beiden Oberflächen nicht glatt sind. Diese ineinandergreifenden Teile müssen dann von den Oberflächen abgebrochen werden, wenn wir eine Kraft anwenden, wenn wir wollen, dass die Objekte aneinander vorbeigleiten, und daher muss die angewendete Kraft groß genug sein, um sie zu brechen.

Dies erklärt, warum wir, wenn wir WIRKLICH raue Oberflächen aneinander vorbeischieben, kleine Stücke von den Oberflächen wegfliegen sehen. Das sind diese ineinandergreifenden Teile, die gebrochen werden.

Dies beantwortet jedoch nicht meine Fragen. Warum ist zum einen die Haftreibung größer als die Gleitreibung? Zweitens, wenn Sie sich eine Tabelle der Rauheit im Vergleich zur Reibung ansehen, warum beginnt die Reibung zu steigen, sobald die Oberflächen wirklich glatt werden?

Wenn die Reibung nur durch das Ineinandergreifen der beiden rauen Oberflächen verursacht würde, müssten diese "mikroskopischen Grate" gebrochen werden, unabhängig davon, ob die beiden rauen Oberflächen aufeinander gleiten oder nicht.

Zu sagen, dass wir nicht so viel Kraft benötigen, um ein Objekt zu beschleunigen, sobald es zu rutschen begonnen hat, weil die relative Geschwindigkeit der Oberflächen selbst dazu beiträgt, die ineinandergreifenden Teile zu lösen, ist nicht wirklich eine gültige Erklärung.

Das Brechen dieser Teile erfordert genau die gleiche Kraft, unabhängig davon, ob sich die Oberflächen bewegen oder nicht. Jede Unterbrechung nimmt den sich bewegenden Oberflächen die gleiche Menge an Impuls weg, wie sie es von dem Impuls tun würde, der der stationären gegeben wird. Und solange sich die Normalkraft nicht ändert, gibt es keinen wirklichen Grund dafür, dass es mehr oder weniger ineinandergreifende Grate gibt, wenn sich die Objekte relativ zueinander bewegen.

Um wirklich zu erklären, warum die Haftreibung größer ist, müssen wir eine andere Reibungsursache heranziehen: kleine intermolekulare Bindungen, die sich zwischen den beiden Oberflächen bilden.

Ich denke, die Haftreibung ist genau aus diesem Grund größer als die kinetische Reibung: Wenn die beiden Oberflächen relativ ruhig zueinander beginnen, müssen nicht nur die Grate gebrochen werden, sondern wir müssen auch schwache Bindungen zwischen den beiden Oberflächen überwinden! Diese bilden sich nicht, wenn sich die Objekte in relativer Bewegung befinden, denn wenn eine Oberfläche über die andere gleitet, bleibt keine Zeit, sie zu bilden!

Das ist auch der Grund, warum hyperglatte Oberflächen so viel Reibung erfahren! Da es fast keine rauen Teile gibt, die eine Trennung zwischen den Atomen der einen Oberfläche und den Atomen der anderen verursachen, kleben die Oberflächen viel mehr zusammen (suchen Sie nach Kaltschweißen) .

Ich denke, dass Reibung, die auf diese Weise verursacht wird , auch Adhäsion verursacht und tatsächlich für die Adhäsion zwischen zwei beliebigen Oberflächen verantwortlich ist, einfach nicht in einem merklichen Ausmaß, da die meisten Oberflächen nicht glatt genug sind. Und um meine ursprüngliche Frage zu beantworten, die Kraft der Haftreibung ist größer als die Haftung auf alltäglichen Oberflächen, weil die Haftreibung die Bindungen UND die Grate berücksichtigt, während die Haftung nur die Bindungen berücksichtigt.

(Ich habe andere Erklärungen gelesen, eine besagte, dass sich zwischen glatten Oberflächen ein Vakuum bildete, das zusammengepresst und näher gezogen wurde, eine andere, dass eine Wasserschicht glatte Oberflächen zusammenhielt, aber dies ist die einzige Erklärung, die nicht von äußeren Einflüssen abhängig ist die Ursache)

Für das Rad, das ohne Schlupf rollt (mit konstanter Geschwindigkeit) , wenn das kleine Atom am Umfang des Rads den Boden berührt, spürt es nie viel Reibung, weil es keine Grate auf dem Boden brechen muss. Dies liegt daran, dass seine Bewegung relativ zum Boden so aussieht:

Es berührt den Boden fast senkrecht, so dass es keine Grate brechen MUSS. Die einzige Verbindung, die es zum Boden spüren wird, ist eine unbedeutende Menge an Haftung, die durch eine kleine Anziehungskraft auf einige Atome im Boden verursacht wird.

Wenn wir jedoch versuchen, das Rad zu beschleunigen, kommen die Grate ins Spiel, und es sind die Grate und nicht die intermolekulare Bindung, die ein Nettodrehmoment am Rad verursachen!

Ich denke, der einzige Weg, diese Theorie zu testen(dass die intermolekularen Kräfte Adhäsion und eine größere statische Reibung als kinetische Reibung verursachen, aber sie sind nicht so weit verbreitet, sobald die Objekte relativ zueinander zu gleiten beginnen)ist zu sehen, ob die Adhäsionskräfte reduziert werden, wenn zwei Oberflächen in Relativbewegung zueinander sind. Oder um ein Mikroskop zu bekommen und zu sehen, ob eine kleine Trennung zwischen zwei Oberflächen erscheint, sobald sie beginnen, sich relativ zueinander zu bewegen, da die Bindungen zwischen den Oberflächen sie nicht so fest zusammenhalten .

Da die meisten alltäglichen Oberflächen dafür aber zu rau sind, bemerken wir das meist nicht!

Auch dies sind nur meine Gedanken und überhaupt keine wissenschaftliche Erklärung, aber hoffentlich hilft die Kombination der beiden Konzepte jemandem, der im Internet neugierig ist. Mir hat es auf jeden Fall geholfen.

Danke!