Reibung – bremst uns und hält uns

Reibung im Alltag

Das Verb reiben verwendest du bestimmt sehr oft – zum Beispiel dann, wenn du deine Hände aneinander reibst, oder dann, wenn du dein Gesicht mit Creme einreibst. Doch wusstest du, dass dich die Reibung im physikalischen Sinne in deinem Alltag noch viel häufiger begleitet? Einige Beispiele dazu wollen wir uns im Folgenden ansehen.

Reibung – Definition

In der Physik ist die Reibung als Kraft definiert, die zwischen Körpern oder Teilchen wirkt, die sich berühren und gegeneinander bewegt werden oder werden sollen. Die Reibungskraft wirkt der Kraft entgegen, die die Bewegung hervorruft.

Reibung – einfach erklärt

Anschaulich kannst du dir das so vorstellen: Wenn du eine Kiste über den Boden schieben willst, musst du eine Kraft aufbringen. Wenn die Kiste noch in Ruhe ist, musst du zunächst einen Widerstand überwinden. Das ist die sogenannte Haftreibungskraft. Wenn die Kiste erst einmal in Bewegung ist, dann ist der Widerstand geringer, jedoch wirkt deiner Kraft noch immer eine hemmende Kraft entgegen – das ist die Gleitreibungskraft. Das sind zwei mögliche Arten der Reibung – weitere vernachlässigen wir an dieser Stelle.

Reibung – Entstehung

Doch was ist die Ursache der Reibung? Bleiben wir zum besseren Verständnis bei unserem Beispiel: Sowohl die Kiste als auch der Boden sind nicht vollständig glatt – wenn man sich die Oberflächen unter einem Mikroskop oder mit einer Lupe anschauen würde, könnte man erkennen, dass sie Unebenheiten haben. Die Unebenheiten der Oberflächen von Kiste und Boden verhaken sich ineinander und erschweren die Bewegung der Körper zueinander.

Zusammenhang von Reibung und Masse

Für das oben genannte Beispiel kann man die Reibungskraft $F_R$ folgendermaßen berechnen:

$F_R=\mu \cdot m \cdot g$

In der Formel für die Reibung ist $\mu$ der Reibungskoeffizient. Diesen kann man für verschiedene Materialpaare mithilfe von Büchern oder Datenbanken herausfinden. Für die Haftreibung und die Gleitreibung gibt es unterschiedliche Reibungskoeffizienten. Außerdem hängt die Reibungskraft vom Ortsfaktor $g$ und der Masse $m$ des Körpers ab, der bewegt werden soll. In unserem Fall wäre das die Kiste. An dem mathematischen Zusammenhang siehst du: Je schwerer ein Körper ist, desto größer ist die Reibungskraft, die die Bewegung des Körpers hemmt.

Reibung – Beispiele

Jeder Körper, dessen Oberfläche gegen die eines anderen bewegt wird, erfährt Reibung. Das können zum Beispiel wir selbst sein: Unsere Füße berühren ständig den Boden – die Oberflächen unserer Fuß- oder Schuhsohlen verhaken sich mit der des Bodens. Nur dadurch können wir sicher stehen oder laufen und rutschen nicht weg. Stell dir dazu ein Gegenbeispiel vor: Du stehst mit Schlittschuhen auf dem Eis. Die Reibung ist nun deutlich geringer. Das Stillstehen fällt schwerer und laufen könntest du nur noch mit sehr viel Mühe – vielmehr gleitest du über das Eis.

Die hemmende Wirkung der Reibung führt auch dazu, dass Gegenstände abgebremst werden. Die Reibung ist der Grund dafür, dass alle Körper, die sich über eine Oberfläche bewegen, irgendwann zum Stillstand kommen. Wenn du zum Beispiel eine Kugel über den Boden rollst, dann bleibt sie nach einer Weile stehen. Das liegt daran, dass auch hier eine Reibungskraft wirkt. Zu Beginn der Bewegung übst du eine Kraft auf die Kugel aus: Diese ist größer als die Reibungskraft und die Kugel bewegt sich. Danach übst du keine Kraft mehr auf die Kugel aus und sie wird durch die entgegenwirkende Reibungskraft abgebremst. Die Bewegungsenergie geht dabei aber nicht verloren – sie wird in Wärmeenergie umgewandelt. Das kannst du dir besser anhand eines bremsenden Autos vorstellen. Zwischen den Rädern und der Straße entsteht dabei eine große Reibung. Nach dem Bremsvorgang sind die Räder sehr heiß.

Strömungswiderstand

Reibung gibt es nicht nur zwischen Körpern, sondern auch zwischen Teilchen oder zwischen Körpern und Teilchen. Bewegt sich zum Beispiel ein Körper durch ein Medium, also durch eine Flüssigkeit oder ein Gas, dann trägt die auftretende Reibung zum sogenannten Strömungswiderstand bei. Bewegt sich ein Körper, zum Beispiel ein Flugzeug, durch die Luft, dann spricht man auch vom Luftwiderstand.

Der Luftwiderstand führt unter anderem dazu, dass fallende Gegenstände abgebremst werden. Wirfst du zum Beispiel einen Apfel von einem hohen Turm, dann wird er nicht unendlich schnell. Der Gewichtskraft, die dazu führt, dass der Apfel fällt, wirkt der Luftwiderstand entgegen und der Apfel erreicht nach einer gewissen Zeit eine konstante Endgeschwindigkeit.

Außerdem ist der Luftwiderstand die Ursache dafür, dass eine Feder langsamer zu Boden fällt als ein Hammer. Zwar werden sie gleich stark zur Erde hin beschleunigt (Erdbeschleunigung), aber die Feder erfährt einen größeren Luftwiderstand und wird stärker abgebremst. Was passiert aber, wenn man Feder und Hammer dort fallen lässt, wo es keine Atmosphäre gibt, zum Beispiel auf dem Mond? Das würde bedeuten, dass es keine Teilchen gibt, an denen die Gegenstände reiben würden. Feder und Hammer fallen gleich schnell zu Boden.

Das ist übrigens auch der Grund dafür, dass Meteoriten bei Eintritt in die Erdatmosphäre verglühen. Anders als im Weltall erfahren sie hier einen Luftwiderstand und werden abgebremst. Die Bewegungsenergie wird auch hier in Wärmeenergie umgewandelt und es entstehen hohe Temperaturen.

Reibung – Zusammenfassung

In diesem Video lernst du die Reibung kennen. Was ist Reibung? Welche Arten von Reibung gibt es? Wo begegnet sie uns im Alltag? All diese Fragen werden anhand von Beispielen geklärt. Dein Wissen kannst du anhand von interaktiven Übungen vertiefen.