Inhaltsverzeichnis
Ziel des Versuchs
Es soll gezeigt werden, dass bei Coulomb’scher Reibung die Reibungskraft \(F_R\) durch folgende Gesetzmäßigkeit beschrieben wird:
\(F_R=\mu \cdot F_N = \mu \cdot m \cdot g \cdot cos(\alpha )\)
Dabei bezeichnet \(F_N\) die Normalkraft des betrachteten Körpers mit der Kontaktfläche und µ den Haftreibungskoeffizient. Insbesondere wird auch gezeigt, dass die Reibungskraft unabhängig von der Größe der Kontaktfläche des Körpers ist.
Versuchsdurchführung
a) Größe der Kontaktfläche
Ein Holz- oder Hart-PVC-Quader besitzt an seiner Unterseite vier kleine Standfüße aus gleichem Material.
Der Körper wird auf einem glatten, fettfreien Tisch platziert und es wird eine Federwaage an den Körper angehängt. Durch Ziehen parallel zur Tischoberfläche wird nun die Haftreibungs- bzw. die Gleitreibungskraft bestimmt.
Es wird gezeigt, dass Haft- und Gleitreibung unabhängig von der Größe der Kontaktfläche sind. Hierzu wird die Reibungskraft bestimmt, während der Quader nur auf seinen Standfüßen steht und auf der größeren oder kleineren Stirnfläche liegt.
Dabei zeigt die Federwaage für alle Fälle die gleiche Haft- und Gleitreibungskraft.
Alternativ sind mehrere Holzklötze mit gleicher Masse und gleichem Material der Kontaktfläche vorhanden. Hier kann die Haft- bzw. Gleitreibung bestimmt werden, wenn die Klötze entweder hintereinander gehängt oder gestapelt werden.
Auch hier zeigt sich, dass die Reibung unabhängig von der Größe der Kontaktfläche ist, also für gestapelte und gekoppelte Klötze den gleichen Betrag aufweist.
b) Bestimmung der Haft-/Gleitreibungskoeffizienten
Die Haft- und Gleitreibungskoeffizienten für verschiedene Materialien können über die Formel
\(\mu = \frac{F_R}{m\cdot g \cdot cos(\alpha )}\)
aus der gemessenen Reibungskraft in Teil a) bestimmt werden.
Außerdem kann dazu ein Schrägtisch verwendet werden, dessen Neigung über ein Senklot abgelesen werden kann. Es wird dann der Neigungswinkel α bestimmt, an welchem der betreffende Körper in Bewegung gerät.
Aus dem Kräftegleichgewicht der Hangabtriebskraft und der Reibungskraft
\(|F_H|=\mu \cdot m\cdot g \cdot cos(\alpha )=|F_N|=m\cdot g\cdot sin(\alpha )\)
\(\mu = tan(\alpha )\)
Lässt sich dann ebenfalls der Haftreibungskoeffizient bestimmten.
Tabellenwerte und Messergebnisse
