Kann der Haftreibungskoeffizient kleiner sein als der Gleitreibungskoeffizient?

Ich habe mich kürzlich gefragt, was passieren würde, wenn die Kraft, die zwei Oberflächen gegeneinander gleiten lässt, irgendwie schwächer als die kinetische Reibung, aber stärker als die statische Reibung wäre. Da die Gleitkraft größer ist als die maximale Haftreibungskraft, F > f s = μ s F N , es scheint, dass die Oberflächen gleiten sollten. Wenn andererseits die Kraft der kinetischen Reibung größer ist als die aufgebrachte Kraft, entsteht eine Nettokraft μ k F N − F gegen die Bewegung wirken , was darauf hindeutet, dass sich die Oberflächen entgegengesetzt zu der Richtung bewegen sollten, in die sie gedrückt werden! Das macht keinen Sinn.

Die einzige logische Lösung, die mir einfällt, ist, dass der statische Reibungskoeffizient niemals kleiner sein kann als der kinetische Reibungskoeffizient. Übersehe ich etwas?

Sie können es aus einem grundlegenderen Blickwinkel betrachten: Die Reibung kommt von der Wechselwirkung zwischen Elektronenwolken – die für eine Oberfläche von Natur aus ziemlich holprig sein kann. Bei einem ruhenden Körper sind also seine Höcker in die Vertiefungen auf der Oberfläche gesunken, auf der er ruht. Ist der Körper dagegen in Bewegung, gleiten die Unebenheiten über die Unebenheiten der Oberfläche. Man kann sehen, dass der Körper mehr Kraft bekommt, wenn er in der Senke steckt, da man ihn aus der Senke entfernen muss.
Der Fall von Teflon (doc) scheint anders zu sein.

Antworten (6)

Das Problem bei dieser Frage ist, dass statische Reibung und kinetische Reibung in keiner Weise fundamentale Kräfte sind – sie sind rein phänomenologische Namen, die verwendet werden, um beobachtetes Verhalten zu erklären. „Haftreibung“ ist ein Begriff, den wir verwenden, um die beobachtete Tatsache zu beschreiben, dass es normalerweise mehr Kraft braucht, um ein Objekt in Bewegung zu setzen, als es braucht, um es in Bewegung zu halten, wenn Sie es einmal gestartet haben.

Fragen Sie sich also in diesem Sinne, wie Sie die relativen Größen von statischer und kinetischer Reibung messen könnten. Ist der Haftreibungskoeffizient größer als der Gleitreibungskoeffizient, geht das ganz einfach: Hat man die Haftreibung überwunden, sinkt die Reibungskraft. Sie ziehen also mit einem Kraftsensor an einem Objekt und messen die maximale Kraft, die erforderlich ist, bevor es sich bewegt. Sobald es sich bewegt, nimmt die Reibungskraft ab, und Sie messen, wie viel Kraft Sie aufwenden müssen, um eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.

Was würde es bedeuten, wenn die kinetische Reibung größer als die statische Reibung wäre? Nun, es würde bedeuten, dass die Kraft, die erforderlich wäre, um ein Objekt in Bewegung zu halten, größer wäre als die Kraft, die erforderlich wäre, um es in Bewegung zu setzen. Was erfordern würde, dass die Kraft in dem Moment ansteigt , in dem sich das Objekt zu bewegen beginnt. Aber das macht experimentell keinen Sinn - was Sie in diesem Fall sehen würden, ist nur, dass die Kraft auf das Niveau ansteigen würde, das erforderlich ist, um das Objekt in Bewegung zu halten, als ob die Koeffizienten der statischen und kinetischen Reibung genau gleich wären .

Der gesunde Menschenverstand sagt uns also, dass der statische Reibungskoeffizient niemals kleiner sein kann als der kinetische Reibungskoeffizient. Eine größere kinetische als statische Reibung macht im Hinblick auf die beschriebenen Phänomene einfach keinen Sinn.

(Nebenbei gesagt, das statische/kinetische Koeffizientenmodell ist eigentlich ziemlich mies. Es funktioniert als eine Möglichkeit, Probleme zu schaffen, die die Schüler dazu zwingen, sich mit der Vektornatur von Kräften auseinanderzusetzen, und ermöglicht einige einfache qualitative Erklärungen beobachteter Phänomene, aber wenn Sie haben jemals versucht haben, ein Labor zu entwickeln, das quantitative Reibungsmessungen durchführt, es ist ein Chaos.)

"Die Kraft, die erforderlich wäre, um ein Objekt in Bewegung zu halten, wäre größer als die Kraft, die erforderlich wäre, um es in Bewegung zu setzen." – Ich glaube, uns fehlt die Geschwindigkeit, mit der es in Bewegung gehalten werden soll. Der Versuch, ein Objekt in der Nähe seiner Endgeschwindigkeit in Bewegung zu halten, würde mehr Kraft erfordern, als es von Null auf einen Wert zu starten, der viel kleiner als die Endgeschwindigkeit ist. Drag zählt als Reibungskraft richtig?
@ user80551: Dies alles steht im Kontext des Amontons-Modells. Die Koeffizienten μ k und μ s nur innerhalb dieses Modells Sinn machen. In diesem Modell gibt es keine Endgeschwindigkeit und die Reibungskräfte sind davon unabhängig v zum v ≠ 0 .
Ich denke, ein größeres Problem ist die Frage, was passieren würde, wenn ein Objekt auf einer Rampe sitzen würde und genug paralleler Gravitationskraft ausgesetzt wäre, um es in Bewegung zu setzen, aber nicht genug, um es in Bewegung zu halten. Wenn die umgekehrte Situation zuträfe, würde das Objekt stationär bleiben, wenn es nicht gestört würde, aber dann bergab beschleunigen. In der ersten Situation sollte sich das Objekt jedoch bewegen, wenn mehr als genug Kraft vorhanden ist, um es in Bewegung zu setzen. Wenn es nicht genug ist, um es in Bewegung zu halten, sollte es aufhören. Es ist unklar, wie ein Objekt beides gleichzeitig tun könnte.
Obwohl Ihre Antwort nicht vollständig erklärt, warum, habe ich sie trotzdem positiv bewertet, weil ich herausfinden kann, was Sie meinten, weil ich unabhängig an meine eigene Erklärung gedacht habe, warum die kinetische Reibung nicht geringer sein kann als die statische Reibung, dh wenn die kinetische Reibung ist weniger, es gibt keine Lösung für die zukünftige Bewegung des Teilchens, die die Gesetze erfüllt.

Diese Antwort ist spekulativ und basiert nicht auf meiner Erfahrung mit Reibung.

Logischerweise gibt es keinen Grund, warum die Gleitreibung geschwindigkeitsunabhängig sein muss. Sie könnten kinetische Reibung haben, die mit der Geschwindigkeit zunimmt. Wenn Sie auf etwas mit mehr Kraft als statischer Reibung drücken, würde das Ding auf diese Weise bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit beschleunigen, bei der die kinetische Reibung der ausgeübten Kraft entspricht, und dann nicht mehr beschleunigen.

Wenn diese Geschwindigkeit sehr langsam wäre, könnte man sagen, dass die kinetische Reibung für alle normalerweise auftretenden Geschwindigkeiten ohne ein Paradoxon größer ist als die statische Reibung.

Wie Sie jedoch betont haben, müsste die kinetische Reibung für Geschwindigkeiten nahe Null kleiner oder gleich der statischen Reibung sein.

Sie beschreiben, was passiert, wenn sich ein dilatanter (scherverdickender) Schmierstoff zwischen den Oberflächen befindet, wo der Schmierstoff mit zunehmender Geschwindigkeit weniger rutschig wird. Schmiermittel für Ketten sind manchmal dilatant.

Mit dem einfachen Reibungsmodell mit Haft- und Gleitreibungskoeffizienten haben Sie Recht - der Gleitreibungskoeffizient kann nicht höher sein als der Haftreibungskoeffizient.

In der realen Welt kann das Phänomen der Reibung viel komplexer sein. Ihre Argumentation weist darauf hin, dass bei einer Geschwindigkeit nahe Null die kinetische Reibung nicht viel höher sein kann als die statische Reibung. Genauer gesagt, wenn die Geschwindigkeit unendlich klein ist, kann die kinetische Reibung höher sein als die statische, aber dann kann sie nur unendlich klein sein! Ein Beispiel ist die Luftreibung, die Null ist, wenn sich ein Körper nicht bewegt, und mit der Geschwindigkeit zunimmt. In einem einfachen Modell ist die Luftreibung für kleine Geschwindigkeiten nur proportional zur Geschwindigkeit.

In einem einfachen Modell für kleine Geschwindigkeiten ist alles, was bei v = 0 bei Null beginnt, proportional zur Geschwindigkeit.
Die Kraft selbst muss nicht unendlich klein sein, um das Paradoxon zu vermeiden, sie muss nur unendlich viel größer sein als die Haftreibung.

Die Gleitreibung ist in der Regel nicht größer als die aufgebrachte Kraft.

Sie beginnen, ein Objekt zu bewegen, wodurch die statische Kraft erhöht wird, um jegliche Bewegung zu verhindern. Sie wenden jedoch immer mehr Kraft auf, bis Sie einen Maximalwert für die Haftreibung erreichen. Dann beginnt sich das Objekt zu bewegen. Die kinetische Reibung (die entsteht, wenn sich das Objekt bewegt) ist jedoch geringer als die aufgebrachte Kraft. Darüber hinaus hängt die kinetische Reibung nicht von der ausgeübten Kraft ab, daher müssen Sie nicht mehr Kraft aufwenden, um das Objekt weiter zu bewegen (tatsächlich benötigen Sie weniger Kraft).

Ich denke, was ich frage, ist, ob die kinetische Reibung notwendigerweise kleiner sein muss als die aufgebrachte Kraft an dem Punkt, an dem die Haftreibung überschritten wird. Ich bin immer davon ausgegangen, dass es sein musste, bis gestern.
Lassen Sie mich genauer werden. Der maximale Wert, bei dem die Haftreibung „überwunden“ wird, wird als „Anlaufreibung“ bezeichnet. Wenn die aufgebrachte Kraft ausreicht, um diesen Punkt zu erreichen, beginnt die kinetische Reibung eine Rolle zu spielen, jedoch ist die kinetische Reibung normalerweise geringer als die Anfangsreibung. Da die aufgebrachte Kraft größer als die Anfangsreibung ist, übersteigt die aufgebrachte Kraft normalerweise die kinetische Reibung. Es wird "normalerweise" gesagt, weil es Fälle gibt, in denen die kinetische Reibung größer als die statische Reibung ist.
Ich bin neugierig auf diese Fälle, in denen die kinetische Reibung größer als die statische Reibung ist. Was sind das für physikalische Systeme und was passiert genau, wenn die aufgebrachte Kraft die Anfangsreibung übersteigt, aber kleiner als die Gleitreibung ist?
@ David: Soweit ich gelesen habe, werden Fälle, in denen die kinetische Reibung größer als die statische Reibung ist, durch die chemische Bindung zwischen den Oberflächen verursacht. Es scheint ein Bereich aktueller Forschung zu sein, der mehr beinhaltet als die Kräfte, die wir betrachten. Dennoch bietet Scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-07282008-135807/… (Seite 41) ein Beispiel dafür μ k > μ s . Vertrauenswürdig? Ich weiß nicht.

Bei Haftreibung gibt es keine Bewegung zwischen den Oberflächen und daher wird keine Arbeit verrichtet, sodass die beiden Oberflächen auf derselben Temperatur (Umgebungstemperatur) bleiben.

Bei Gleitreibung wird jedoch Arbeit verrichtet und so nehmen eine oder beide Oberflächen die Energie auf und erhitzen sich. Bei typischen Reibmaterialien wird der maximale Reibungskoeffizient nur erreicht, wenn das Material erwärmt wird, und in vielen (nicht allen) Fällen ist der dynamische Reibungskoeffizient bei erhöhter Temperatur und geeignetem Anpressdruck und Gleitgeschwindigkeit sogar HÖHER als der Haftreibungskoeffizient bei niedrigerer (Umgebungs-)Temperatur und Gleitgeschwindigkeit Null bei gleichem Anpressdruck.

Sicherlich ist es bei einigen Materialarten nachweislich so, dass der Haftreibungskoeffizient kleiner sein kann als der angegebene Gleitreibungskoeffizient.

Ich denke, die Antwort ist ja. Hier ist eine mögliche Erklärung dafür, die nur Spekulation ist. Laut https://physics.aps.org/story/v7/st6 ist der Haftreibungskoeffizient zwischen nicht übereinstimmenden glatten Oberflächen null. Das bedeutet sicherlich, dass der Haftreibungskoeffizient bei einer gegebenen Normalkraft kleiner sein kann als der Gleitreibungskoeffizient. Wie kann das sein? Ich denke, die Theorie sagt voraus, dass für ausreichend niedrige Gleitgeschwindigkeiten glatter Oberflächen die Kraft der kinetischen Reibung pro Fläche linear mit der Gleitgeschwindigkeit variiert. Um zu beweisen, dass der Haftreibungskoeffizient nicht kleiner sein kann als der Gleitreibungskoeffizient, muss man davon ausgehen, dass die Gleitreibungskraft pro Fläche unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit ist.

Kann der Haftreibungskoeffizient kleiner sein als der Gleitreibungskoeffizient?
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