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Reibungsenergie berechnen - Anleitung

Reibungsenergie berechnen - Anleitung2:17
Video von Peter Oliver Greza2:17

Durch Reibung geht bei vielen Bewegungen Energie verloren - nämlich in Form von Wärme. Dies ist oft unerwünscht. Mit einigen Annahmen lässt sich die Reibungsenergie jedoch abschätzen bzw. berechnen.

Was Sie benötigen:

  • Papier und Bleistift
  • evtl. Taschenrechner
  • Grundkenntnisse Physik
  • (z. B. Energie- und Kraftbegriff)

Reibungsenergie - was ist das?

  • Bei praktisch allen Bewegungen entsteht Reibung, da sich zwei Flächen gegeneinander bewegen.
  • Der Ursprung dieser Reibung ist darin begründet, dass die Atome bzw. Moleküle, aus denen die beiden Flächen bestehen, sich gegeneinander bewegen müssen. Dabei wirken elektrische und manchmal auch chemische Kräfte.
  • Reibung wird vermindert, indem Flüssigkeiten (Öle und Schmierfette) zwischen die beiden Flächen gebracht werden und so den Abstand mindern bzw. für eine besser gleitende Zwischenschicht sorgen.
  • Wirkt eine Reibungskraft, so muss beim Ablauf der Bewegung gegen diese Kraft Arbeit geleistet werden, z. B. mithilfe eines Elektromotors oder von Hand.
  • Dabei wird Reibungsenergie erzeugt, die sich letztendlich als Wärme zeigt. Ein bekanntes Beispiel ist das Erhitzen bei schleifenden Fahrradbremsen. 

Reibungsenergie berechnen - so wird's gemacht

Der einfachste Fall für Reibung ist, dass Sie einen Körper über eine andere Fläche ziehen. Beispiele sind nicht nur Schlitten auf Schnee, sondern auch Fahrzeuge auf der Straße oder Baumstämme über den Waldboden.

  • Wie die Erfahrung zeigt, ist die Reibungskraft, die Sie für diese Ziehbewegung benötigen, einerseits abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Körpers und der Fahrbahn oder Fläche und andererseits vom Gewicht des Körpers, den Sie ziehen wollen. Für ein schweres Auto benötigen Sie mehr Kraft als für einen leichteren Schlitten. Auf Eis fällt das Ziehen leichter als auf rauem Beton.
  • Die Reibungskraft setzt sich also zusammen aus einer sogenannten Reibungszahl für das entsprechende Material, die man beispielsweise messen oder in einem Tabellenbuch nachschauen kann, und der Gewichtskraft des Körpers (Masse in Kilogramm x Erdanziehung 9,81). Diese Abhängigkeit wurde übrigens schon vor Leonardo da Vinci experimentell überprüft bzw. entdeckt.
  • Die Reibungsarbeit errechnen Sie, indem Sie die Reibungskraft mit dem zurückgelegten Weg malnehmen (kurz: Arbeit = Kraft x Weg).
  • Diese Arbeit entspricht der Reibungsenergie, die als Wärme entsteht. 

Einen Schlitten ziehen - ein Beispiel zum Durchrechnen

Ein Schlitten soll auf Schnee eine Strecke von 500 m gezogen werden. Der Schlitten wiegt 10 kg, zudem sitzt ein Kind mit 45 kg auf dem Schlitten.

  1. Zunächst benötigen Sie die Reibungszahl für den Fall, dass Metall (Schlitten) auf Schnee gleitet. Für rollende Fahrzeuge benötigen Sie Rollreibungszahlen. Die Gleitreibungszahl liegt in der Größenordnung 0,1 (einen genauen Wert liefert eine Kraftmessung).
  2. Sie berechnen die Reibungskraft F = 0,1 x 55 x 9,81 = 53,955 N, also rund 54 Newton (Newton ist die Einheit der Kraft).
  3. Sie berechnen Sie Reibungsarbeit W = Kraft x Weg = 54 N x 500 m = 27000 Nm bzw. J (J ist die Abkürzung für die Einheit Joule, in der Arbeit bzw. Energie gemessen wird).
  4. Die Reibungsenergie beträgt in diesem Beispiel also 27000 J.

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