Frage von roromoloko, 56

Gleitreibungskoeffizienten und die geleistete Reibungsarbeit berechnen?

ein gegenstand (m = 3 kg) ruht zunächst auf einem Tisch und wird dann mit der Kraft F = 12N waagerecht 2m weit gezogen. Die Geschwindigkeit ist dabei kosntant. Bestimmen Sie den Gleitreibungskoeffizienten und die geleistete Reibungsarbeit.

W = Fs = 12N2m= 24Nm

Fg= mü*Fn

Fn= mg = 3kg9,81m/s^2 = 29,43 N

Ist das richtig gerechnet?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Willy1729, Community-Experte für Mathe & Mathematik, 26

Hallo,

die Ergebnisse müßten stimmen.

Welche Kräfte wirken auf den Gegenstand?
Da ist zum einen die Schwerkraft FG, die Richtung Erdmittelpunkt arbeitet und mit m*g=9,81 m/s²*3 kg =29,43 N berechnet wird.

Ihr entgegen wirkt die Normalkraft Fn, mit der der Tisch gegen den Gegenstand drückt, damit dieser auf seiner Position bleibt und nicht durch die Tischplatte fällt. Auch sie beträgt 29,43 N, wäre sie größer, würde der Gegenstand nach oben schweben.

So, wie die Aufgabe gestellt wird, befindet sich das Ganze bereits in Bewegung und es wirken zwei weitere Kräfte auf die Kiste ein: Zum einen die Zugkraft Fz von 12 N, die parallel zur Tischplatte nach vor wirkt, dann die Gleitreibungskraft Fr,die der Zugkraft entgegenwirkt. Sie erhältst Du, wenn Du den Gleitreibungskoeffizienten µ mit der Normalkraft Fn multiplizierst.

µ ist nicht gegeben, muß also berechnet werden.

Fr, die Gleitreibung, wirkt der Zugkraft entgegen. Solange letztere nicht höher ist als Fr, bewegt sich die Kiste keinen Millimeter. Vor allem muß sie höher als die Haftreibung sein, die meist höher ist als die Gleitreibung und verhindert, daß sich eine Masse ohne weiteres von der Stelle bewegen läßt. Weil die Haftreibung meist höher als die Gleitreibung ist, brechen zu schnell fahrende Autos sehr überraschend und plötzlich aus Kurven aus, weil sie von einem Augenblick zum anderen dem Bestreben, in einer Kurve einfach geradeaus zu fahren, weniger nachgeben. Das ist auch der Grund dafür, daß Fahrzeuge mit ABS bei einer Vollbremsung besser zu kontrollieren sind, weil die Räder nicht blockieren und es deshalb nicht zu diesem gefährlichen Übergang von Haft- zu Gleitreibung kommt.

Eine wichtige Information bei dieser Aufgabe ist die, daß sich der Gegenstand mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Das bedeutet nämlich, daß die Zugkraft von 12 N nicht für irgendeine Beschleunigung gebraucht wird, sondern ausschließlich, um der Gleitreibungskraft entgegenzuwirken und das Abbremsen der Kiste zu verhindern. Ohne Reibung und ohne Luftwiderstand würde die Kiste sich ewig ohne weitere Kraftaufwendung weiterbewegen, bis sie irgendwann gegen eine Wand knallt. Du weißt also, daß die Gleitreibung einen Betrag von 12 N haben muß, weil 12 N nötig sind, um sie zu neutralisieren.

Da Fr=Fn*µ, ist µ=Fr/Fn, also 12/29,43=0,41, was für Gleitreibung ein wenig hoch ist. Normalerweise hat Holz auf Holz eine Haftreibung von µ=0,4 und eine Gleitreibung von µ=0,2 
Zum Vergleich: Gummi auf nassem Beton hat einen Gleitreibungskoeffizienten von µ=0,5, Gummi auf trockenem Beton 0,8;
in menschlichen Gelenken ist die Haftreibung gleich der Gleitreibung µ=0,01 (Eine geringere Reibungskraft ist auch künstlich kaum zu erzeugen).

Wie gesagt, Du hast alles richtig gemacht, mußt nur bei entgegengesetzten Kräften auf unterschiedliche Vorzeichen achten.

Ich habe diese ausführliche Antwort nur gegeben, weil ich es für wichtig halte, gerade in der Physik nicht einfach mit irgendwelchen Formeln zu hantieren, sondern sich klarzumachen, was man da eigentlich tut und warum man es tut. Sollte ich den einen oder anderen Fehler gemacht haben, mögen mich die richtigen Physiker hier bei GF korrigieren. Ich bin einfach nur interessierter Laie.

Herzliche Grüße,

Willy

Kommentar von roromoloko ,

Dankeschön! Müsste Fr = -12N sein und dann mü -0,4, weil es ja entgegengesetzt ist?

Kommentar von roromoloko ,

Die Strecke ist in der Aufgabe nicht wichtig oder?

Kommentar von Willy1729 ,

Die Strecke ist wichtig, wenn Du die geleistete Arbeit berechnen möchtest.

Der Gleitreibungskoeffizient ist 0,41 (hier darf kein negatives Vorzeichen stehen, weil er nicht in irgendeiner Richtung wirkt, sondern nur den Betrag der Kraft verändert).

Wenn Du dagegen der Zugkraft ein positives Vorzeichen gibst, braucht die Reibungskraft ein negatives, weil sie in entgegengesetzter Richtung wirkt.

Kommentar von roromoloko ,

Muss ich also um mü zu berechnen von Anfang an Betragsstriche setzen, da die Reibungskraft negativ ist?

Kommentar von Willy1729 ,

Schadet nicht.

Kommentar von Willy1729 ,

Vielen Dank für den Stern.

Willy

Kommentar von roromoloko ,

Ist jetzt schon ein Monat her.. Aber hab noch eine Frage und zwar zur geleisteten Arbeit. Arbeit ist ja Kraft mal Weg, aber beträgt due Kraft nicht der Summe aus Gleitreibubgskraft und den 12N? Würden wir die Arbeit wie ich es oben geschrieben habe berechnen dann zählen wir ja nicht die Arbeit mit ein die wir gegen die Reibung benötigen? Ich hoffe du antwortest noch

Kommentar von Willy1729 ,

Der Widerstand der Reibung steckt ja bereits in der Rechnung mit drin. Die Arbeit muß nur aufgewendet werden, um die Reibung auszugleichen.

Antwort
von Ahzmandius, 6

Zu deiner anderen Frage:

Ist jetzt schon ein Monat her.. Aber hab noch eine Frage und zwar zur geleisteten Arbeit. Arbeit ist ja Kraft mal Weg, aber beträgt due Kraft nicht der Summe aus Gleitreibubgskraft und den 12N? Würden wir die Arbeit wie ich es oben geschrieben habe berechnen dann zählen wir ja nicht die Arbeit mit ein die wir gegen die Reibung benötigen? Ich hoffe du antwortest noch

Deine Aufgabe lautet:

Bestimmen Sie den Gleitreibungskoeffizienten und die geleistete Reibungsarbeit.

Antwort
von Ahzmandius, 35

NIcht ganz:

W = F*s stimmt schon, allerdings haben der Weg und die Kraft gegensetzliche Richtungen, so dass W = -12N*3m

Der Körper verliert durch die Reibung Energie.

Kommentar von roromoloko ,

Ist jetzt schon ein Monat her.. Aber hab noch eine Frage und zwar zur geleisteten Arbeit. Arbeit ist ja Kraft mal Weg, aber beträgt due Kraft nicht der Summe aus Gleitreibubgskraft und den 12N? Würden wir die Arbeit wie ich es oben geschrieben habe berechnen dann zählen wir ja nicht die Arbeit mit ein die wir gegen die Reibung benötigen? Ich hoffe du antwortest noch

Kommentar von roromoloko ,

Also 24 N?

Expertenantwort
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 24

Schaut richtig aus. (Wenn Fg die Reibungskraft und Fn die Gewichtskraft bedeutet.)

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