Inhalt

• Schreiten
• Methode 1 von 2: Erstellen einer raueren Oberfläche
• Methode 2 von 2: Erhöhen Sie den Widerstand in einer Flüssigkeit oder einem Gas
• Warnungen

Haben Sie sich jemals gefragt, warum Ihre Hände warm werden, wenn Sie sie schnell aneinander reiben, oder warum Sie tatsächlich ein Feuer entfachen können, indem Sie zwei Stöcke aneinander reiben? Die Antwort ist Reibung! Wenn zwei Oberflächen aneinander reiben, wirken sie sich auf mikroskopischer Ebene gegenseitig entgegen. Dieser Widerstand erzeugt Energie in Form von Wärme, mit der Sie Ihre Hände wärmen, ein Feuer machen usw. Je größer die Reibung ist, desto mehr Energie wird freigesetzt. Wissen Sie also, wie Sie die Reibung zwischen zwei sich bewegenden Händen erhöhen können. Teile in einem mechanischen System geben Ihnen grundsätzlich die Möglichkeit, viel Wärme zu erzeugen!

Schreiten

Methode 1 von 2: Erstellen einer raueren Oberfläche

1. Erstellen Sie mehr „raue“ oder klebrige Kontaktpunkte. Wenn zwei Materialien aneinander gleiten oder reiben, können drei Dinge passieren: kleine Ecken, Risse und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche können sich verfangen; eine oder beide Oberflächen können sich als Reaktion auf die Bewegung verformen; und schließlich können die Atome in jeder Oberfläche beginnen, miteinander zu interagieren. Aus praktischen Gründen tun alle drei dasselbe: Reibung erzeugen. Das Heraussuchen von Oberflächen, die abrasiv (wie Sandpapier), verformt (wie Gummi) oder klebrig (wie Klebstoff usw.) sind, ist eine einfache Möglichkeit, die Reibung zu erhöhen.
   • Technische Lehrbücher und ähnliche Ressourcen können bei der Auswahl von Materialien zur Erhöhung der Reibung hilfreich sein. Die meisten Standardbaustoffe haben einen bekannten "Reibungskoeffizienten", dh ein Maß dafür, wie viel Reibung zusammen mit anderen Oberflächen erzeugt wird. Die Reibungskoeffizienten für nur wenige bekannte Materialien sind nachstehend aufgeführt (ein höherer Wert zeigt eine höhere Reibung an):
   • Aluminium auf Aluminium: 0,34
   • Holz auf Holz: 0,129
   • Trockenbeton auf Gummi: 0,6-0,85
   • Nasser Beton auf Gummi: 0,45-0,75
   • Eis auf Eis: 0,01
2. Schieben Sie die beiden Oberflächen fester zusammen. Eine grundlegende Definition in der Physik besagt, dass die Reibung, die ein Objekt erfährt, proportional zur Normalkraft ist (für unseren Zweck ist diese Kraft gleich der, mit der das Objekt gegen das andere drückt). Dies bedeutet, dass die Reibung zwischen zwei Oberflächen erhöht werden kann, wenn die Oberflächen mit mehr Kraft zusammengeschoben werden.
   • Wenn Sie jemals Bremsscheiben verwendet haben (z. B. an einem Auto oder Fahrrad), haben Sie dieses Prinzip in Aktion gesehen. In diesem Fall wird durch Drücken der Bremsen ein Satz reibungserzeugender Blöcke gegen Metallscheiben gedrückt, die an den Rädern angebracht sind. Je stärker Sie auf die Bremsen drücken, desto stärker werden die Blöcke gegen die Scheiben gedrückt und es entsteht mehr Reibung. Dies ermöglicht es Ihnen, das Fahrzeug schnell anzuhalten, gibt aber auch viel Wärme ab, weshalb Bremssysteme nach starkem Bremsen oft sehr heiß sind.
3. Stoppen Sie jede Relativbewegung. Das heißt, wenn sich eine Oberfläche relativ zu einer anderen bewegt, stoppen Sie sie. Bisher haben wir uns konzentriert dynamisch (oder "gleitende") Reibung - die Reibung, die auftritt, wenn zwei Objekte oder Oberflächen aneinander reiben. Tatsächlich unterscheidet sich diese Form der Reibung von statisch Reibung - Die Reibung, die auftritt, wenn sich ein Objekt gegen ein anderes Objekt bewegt. Im Wesentlichen ist die Reibung zwischen zwei Objekten am größten, wenn sie sich gegeneinander bewegen. Sobald sie in Bewegung sind, nimmt die Reibung ab. Dies ist einer der Gründe, warum es schwierig ist, ein schweres Objekt in Bewegung zu setzen, als es zu halten.
   • Um den Unterschied zwischen statischer und dynamischer Reibung zu beobachten, versuchen Sie das folgende einfache Experiment: Stellen Sie einen Stuhl oder ein anderes Möbelstück auf einen glatten Boden in Ihrem Haus (nicht auf einen Teppich oder Teppich). Stellen Sie sicher, dass die Möbel keine schützenden "Nieten" am Boden oder andere Materialien haben, die das Gleiten auf dem Boden erleichtern. Probieren Sie die Möbel gerade Drücken Sie fest genug, damit es sich in Bewegung setzt. Sie sollten beachten, dass das Schieben der Möbel sofort viel einfacher wird, sobald sie sich in Bewegung setzen. Dies liegt daran, dass die dynamische Reibung zwischen Möbeln und Boden geringer ist als die Haftreibung.
4. Entfernen Sie Flüssigkeiten zwischen den Oberflächen. Flüssigkeiten wie Öl, Fett, Vaseline usw. können die Reibung zwischen Gegenständen und Oberflächen erheblich verringern. Dies liegt daran, dass die Reibung zwischen zwei Feststoffen normalerweise viel höher ist als die zwischen Feststoffen und einer dazwischen liegenden Flüssigkeit. Um die Reibung zu erhöhen, können Sie alle möglichen Flüssigkeiten aus der Gleichung herausnehmen, wobei nur "trockene" Teile Reibung verursachen.
   • Versuchen Sie das folgende einfache Experiment, um eine Vorstellung davon zu bekommen, inwieweit Flüssigkeiten die Reibung verringern können: Reiben Sie Ihre Hände aneinander, wenn sie kalt sind und Sie sie aufwärmen möchten. Sie sollten sofort bemerken können, dass sie durch das Reiben wärmer werden. Tragen Sie dann eine angemessene Menge Lotion auf Ihre Handflächen auf und versuchen Sie es erneut. Es sollte nicht nur einfacher sein, Ihre Hände schnell aneinander zu reiben, sondern Sie werden auch feststellen, dass sie weniger heiß werden.
5. Entfernen Sie die Räder oder Träger, um Gleitreibung zu erzeugen. Räder, Träger und andere "rollende" Objekte erfahren eine spezielle Art von Reibung, die als Rollreibung bezeichnet wird. Diese Reibung ist fast immer geringer als die Reibung, die durch Schieben desselben Objekts über den Boden erzeugt wird. - Deshalb neigen diese Objekte dazu, zu rollen und nicht auf dem Boden zu rutschen. Um die Reibung in einem mechanischen System zu erhöhen, können Sie die Räder, Träger usw. entfernen, damit die Teile gegeneinander gleiten und nicht rollen.
   • Betrachten Sie zum Beispiel den Unterschied zwischen dem Ziehen eines schweren Gewichts über den Boden in einem Wagen und einem äquivalenten Gewicht in einem Wagen. Ein Wagen hat Räder, so dass er leichter zu ziehen ist als ein Wagen, der über den Boden schleppt und dabei viel Gleitreibung erzeugt.
6. Erhöhen Sie die Viskosität. Feste Objekte sind nicht die einzigen Dinge, die Reibung erzeugen können. Flüssige Substanzen (Flüssigkeiten und Gase wie Wasser bzw. Luft) können ebenfalls Reibung erzeugen. Die Reibung, die eine Flüssigkeit erzeugt, wenn sie an einem Feststoff vorbeiströmt, hängt von mehreren Faktoren ab. Eine der am einfachsten zu kontrollierenden ist die Viskosität - das wird üblicherweise als "Dicke" bezeichnet. Im Allgemeinen verursachen Flüssigkeiten mit einer hohen Viskosität (diese sind "dick", "klebrig" usw.) mehr Reibung als Flüssigkeiten, die weniger viskos sind (diese sind "glatt" und "flüssig").
   • Betrachten Sie zum Beispiel den Unterschied in der Anstrengung, die Sie machen müssen, wenn Sie Wasser durch einen Strohhalm blasen, im Vergleich zum Blasen von Honig durch einen Strohhalm. Wasser ist nicht sehr viskos und bewegt sich leicht durch den Strohhalm. Honig ist viel schwieriger durch einen Strohhalm zu blasen. Dies liegt daran, dass die hohe Viskosität des Honigs viel Widerstand und damit Reibung erzeugt, wenn er durch ein schmales Rohr wie einen Strohhalm geblasen wird.

Methode 2 von 2: Erhöhen Sie den Widerstand in einer Flüssigkeit oder einem Gas

1. Erhöhen Sie die Viskosität der Flüssigkeit. Das Medium, durch das sich ein Objekt bewegt, übt eine Kraft auf das Objekt aus, die insgesamt versucht, die Reibungskraft auf das Objekt aufzuheben. Je dichter eine Flüssigkeit ist (und daher viskoser), desto langsamer bewegt sich ein Objekt unter dem Einfluss einer bestimmten Kraft durch diese Flüssigkeit. Zum Beispiel: Ein Marmor fällt viel schneller durch die Luft als durch Wasser und durch Wasser schneller als durch Sirup.
   • Die Viskosität der meisten Flüssigkeiten kann durch Absenken der Temperatur erhöht werden. Zum Beispiel: Ein Marmor fällt bei Raumtemperatur langsamer durch kalten Sirup als durch Sirup.
2. Erhöhen Sie den Bereich, der der Luft ausgesetzt ist. Wie oben angegeben, können flüssige Substanzen wie Wasser und Luft Reibung erzeugen, wenn sie an Feststoffen vorbeiströmen. Die Reibungskraft, die ein Objekt erfährt, während es sich durch eine flüssige Substanz bewegt, wird als Widerstand bezeichnet (je nach Medium wird dies auch als "Luftwiderstand", "Wasserwiderstand" usw. bezeichnet). Eine der Eigenschaften des Widerstands ist, dass ein Objekt mit einem größeren Querschnitt - das heißt, ein Objekt mit einem größeren Profil, wenn es sich durch die Flüssigkeit bewegt - erfährt mehr Widerstand. Dies gibt der Flüssigkeit mehr Oberfläche, gegen die sie drücken kann, was die Reibung auf dem Objekt erhöht, wenn es sich durch das Objekt bewegt.
   • Angenommen, ein Kieselstein und ein Blatt Papier wiegen jeweils ein Gramm. Wenn wir beide gleichzeitig fallen lassen, fällt der Kiesel direkt nach unten, während das Blatt Papier langsam nach unten wirbelt. Hier sehen Sie den Luftwiderstand in Aktion - die Luft drückt gegen die große, breite Oberfläche des Papiers und erzeugt Widerstand. Das Papier fällt viel langsamer herunter als der Kieselstein mit einem relativ engen Querschnitt.
3. Wählen Sie eine Form mit größerem Widerstand. Obwohl der Querschnitt eines Objekts gut ist Allgemeines ist ein Hinweis auf die Größe des Widerstands, in Wirklichkeit sind Widerstandsberechnungen viel komplizierter. Unterschiedliche Formen verhalten sich in den Flüssigkeiten, durch die sie passieren, unterschiedlich - dies bedeutet, dass einige Formen (z. B. flache Platten) widerstandsfähiger sind als andere (z. B. Kugeln) aus demselben Material. Da das Maß für die relative Größe des Luftwiderstands auch als "Luftwiderstandsbeiwert" bezeichnet wird, wird gesagt, dass Formen mit einem großen Luftwiderstand einen höheren Luftwiderstandsbeiwert haben.
   • Betrachten Sie zum Beispiel die Flügel eines Flugzeugs. Die Form eines typischen Flugzeugflügels wird als a bezeichnet Tragflächenprofil. Diese glatte, schmale und abgerundete Form bewegt sich leicht durch die Luft. Der Luftwiderstandsbeiwert ist sehr niedrig - 0,45. Andererseits können Sie sich vorstellen, dass ein Flügel scharfe Winkel hat, blockförmig ist oder wie ein Prisma aussieht. Diese Flügel erzeugen viel mehr Reibung, weil sie im Flug viel Widerstand erzeugen. Prismen haben somit einen größeren Luftwiderstandsbeiwert als Flügelprofile - etwa 1,14.
4. Machen Sie das Objekt weniger stromlinienförmig. Ein weiteres Phänomen, das mit den unterschiedlichen Widerstandskoeffizienten der verschiedenen Formen zusammenhängt, besteht darin, dass Objekte mit einer größeren, quadratischeren "Verkleidung" im Allgemeinen mehr Luftwiderstand erzeugen als andere Objekte. Diese Objekte bestehen aus rauen, geraden Linien und verengen sich normalerweise nicht nach hinten. Auf der anderen Seite sind stromlinienförmige Objekte oft runder und verjüngen sich nach hinten - wie der Körper eines Fisches.
   • Zum Beispiel die Art und Weise, wie ein durchschnittliches Familienauto heute im Vergleich zum gleichen Typ vor Jahrzehnten konstruiert ist. In der Vergangenheit waren Autos viel blockiger und hatten viel gerade und rechteckige Linien. Heutzutage sind die meisten Familienautos viel schlanker und weitgehend weich gerundet. Dies geschieht absichtlich - eine stromlinienförmige Form bedeutet, dass ein Auto weniger Luftwiderstand erfährt, was den Kraftaufwand des Motors zum Bewegen des Autos verringert (und den Kraftstoffverbrauch verringert).
5. Verwenden Sie Material, durch das weniger Luft strömen kann. Einige Materialien lassen Flüssigkeiten und Gase durch. Mit anderen Worten, es gibt Löcher, durch die die Flüssigkeit gelangen kann. Dies stellt sicher, dass die Oberfläche des Objekts, gegen das die Flüssigkeit drückt, kleiner wird, so dass weniger Widerstand vorhanden ist.Diese Eigenschaft bleibt auch dann gültig, wenn die Löcher mikroskopisch klein sind. Solange die Löcher groß genug sind, um Flüssigkeit / Luft durchzulassen, wird der Widerstand verringert. Aus diesem Grund bestehen Fallschirme, die einen hohen Luftwiderstand erzeugen und dadurch die Fallgeschwindigkeit von jemandem oder etwas verringern sollen, aus starker, leichter Seide oder Nylon und nicht aus Baumwoll- oder Kaffeefiltern.
   • Um ein Beispiel für diese Eigenschaft in Aktion zu geben, überlegen Sie, was mit einem Tischtennisschläger passiert, wenn Sie ein paar Löcher in ihn bohren. Es wird dann viel einfacher, das Paddel schnell zu bewegen. Die Löcher lassen Luft durch, während das Paddel geschwungen wird, was den Widerstand erheblich verringert und es dem Paddel ermöglicht, sich schneller zu bewegen.
6. Erhöhen Sie die Geschwindigkeit des Objekts. Unabhängig von der Form eines Objekts oder der Durchlässigkeit des Materials, aus dem es besteht, steigt der Widerstand, auf den es trifft, immer, wenn es sich schneller bewegt. Je schneller sich ein Objekt bewegt, desto mehr Flüssigkeit muss es bewegen, was wiederum den Widerstand erhöht. Objekte, die sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten bewegen, können aufgrund des hohen Widerstands eine sehr hohe Reibung erfahren, so dass diese Objekte normalerweise dort stromlinienförmig sind oder aufgrund der Kraft des Widerstands auseinanderfallen.
   • Betrachten Sie die Lockheed SR-71 "Blackbird", ein experimentelles Spionageflugzeug, das während des Kalten Krieges gebaut wurde. Die Blackbird, die mit Geschwindigkeiten über Mach 3.2 fliegen konnte, stieß trotz ihres stromlinienförmigen Designs auf extremen Widerstand bei diesen hohen Geschwindigkeiten - extrem genug, um den Metallrumpf des Flugzeugs aufgrund der durch Reibung aus der Luft während des Flugs erzeugten Wärme auszudehnen .

Warnungen

• Extrem hohe Reibung kann viel Energie in Form von Wärme freisetzen! Zum Beispiel möchten Sie die Bremsbeläge Ihres Autos wirklich nicht berühren, nachdem Sie hart auf die Bremse getreten sind!
• Die großen Kräfte, die beim Ziehen durch eine Flüssigkeit freigesetzt werden, können das Objekt strukturell beschädigen. Wenn Sie beispielsweise die flache Seite eines dünnen Stücks Sperrholz während der Fahrt mit einem Schnellboot ins Wasser stecken, besteht die Möglichkeit, dass es in Stücke gerissen wird.