Der Reibungskoeffizient
Der Reibungskoeffizient, auch Reibzahl genannt, ist eine dimensionslose physikalische Größe. Zwischen zwei Körpern definiert der Reibungskoeffizient die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft. Sein Wert ist zur Berechnung der Reibung bzw. Reibungskraft erforderlich.
Die physikalische Bedeutung des Reibungskoeffizienten
Die Physik* unterscheidet zwischen Haftreibung und Gleitreibung. Während sich bei Gleitreibung die Reibflächen zweier Körper relativ zueinander bewegen, geschieht das bei der Haftreibung nicht. Um einen Formschluss (mechanische Verzahnung) weitgehend auszuschließen, wird der Reibungskoeffizient von Metallen an polierten Oberflächen gemessen.
Reibung zweier Flächen
Der Reibungskoeffizient ist von der Beschaffenheit (Rauheit) der sich berührenden Flächen abhängig. Die Größe der Flächen spielt keine Rolle. Der jeweilige Wert der Reibzahl erfolgt anhand empirischer Ermittlungen. Es gibt spezielle Tabellen, in denen beinahe alle praxisrelevanten Reibungskoeffizienten zusammengefasst sind.
Beispiele:
- Autoreifen auf Straße: 0,7
- Holz auf Holz: 0,3
- Stahl auf Stahl: 0,1
- Leder auf Metall: 0,3
- Ski auf Schnee: 0,05
Die Reibkraft, kurz Reibung hängt demnach sowohl von der Normalkraft des Körpers als auch vom Reibungskoeffizienten ab. Voraussetzung ist, dass sich der Körper relativ zur angrenzenden Fläche bewegt.
Im Folgenden zwei Tabellen mit Werten für den Gleitreibungskoeffizienten und Haftreibungskoeffizienten verschiedener Werkstoffpaarungen:
Tabelle: Typische Werten für die Gleitreibung zwischen verschiedenen Werkstoffen
Tabelle: Typische Werten für die Haftreibung zwischen verschiedenen Werkstoffen
Berechnung der Reibung mit dem Reibkoeffizienten
Die Formel zur Berechnung der Reibung (maximale Haft- oder Gleitreibungskraft) unter Berücksichtigung des Reibungskoeffizienten lautet:
FR,max - maximale Haftreibung in Newton [ N ]
µH - Haftreibungszahl, einheitenlos
FN - Normalkraft in Newton [ N ]
FR - Haltekraft [ N ]
FR,G – Gleitreibungskraft
µG - Gleitreibungszahl, einheitenlos
FR ist die Reibungskraft, µH oder µG der jeweilige Koeffizient und FN die Normalkraft, wobei die Kraft senkrecht zur Fläche wirkt. Aus der Formel zur Berechnung der Reibung geht hervor, dass der Reibungskoeffizient maßgeblich bestimmt, wie groß die Reibungskraft im Verhältnis zur Normalkraft ist. Demnach führt ein höherer Koeffizient zu einer größeren Reibungskraft.
Berechnung der Reibkraft
Beispiele:
1. Um einen Metallklotz zu verschieben, ist zunächst eine Kraft erforderlich, die größer als die Haftreibungskraft ist. Sofern es gelingt, den Klotz gleiten zu lassen, genügt die geringere Gleitreibungskraft. Weil der Reibungskoeffizient vom Untergrund (nass, trocken, ölig) abhängt, ändert sich demnach, je nach Zustand des Untergrundes, die Reibkraft.
2. Die Haftung lässt sich jedoch auch verändern, indem man die Normalkraft verändert. Für die Berechnung der Reibung gilt immer die Annahme, dass die Normalkraft und die Gewichtskraft auf einer Ebene einander entsprechen. Im Motorradsport versuchen die Fahrer, durch das Anbringen von Spoilern die Normalkraft ihres Gefährtes zu erhöhen.
Der von vorn kommende Fahrtwind soll nämlich das Motorrad besser an den Boden pressen. Viele Rennstrecken besitzen auch "abgeschrägte" Kurven. Diese dienen ebenso der Erhöhung der Normalkraft mit dem Ziel, die Haftfläche der Motorradreifen die wirkenden Gewichts- und Fliehkräften so zu vergrößern, dass die Reifen optimal auf der Bahn haften.