Reibungswiderstand
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Der Reibungswiderstand ist ein makroskopisches Maß, das die Stärke der Reibungskraft im Verhältnis zur Normalkraft angibt.
Bewegen sich zwei makroskopische Körper aneinander vorbei, entsteht Reibung, das heißt, für die Fortsetzung der Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit muss permanent die Reibungskraft durch eine Vortriebskraft ausgeglichen werden.
Als Beispiel: Ein Würfel rutscht über eine schiefe Ebene. Einerseits wird der Würfel durch die Gravitationskraft nach unten gezogen, andererseits auf die Oberfläche der Ebene gepresst (Normalkraft).
Der Reibungswiderstand gibt nun an, welche Reibungskraft zwischen dem Würfel und der Oberfläche entsteht. Erst wenn die Neigung der schiefen Ebene einen ausreichend steilen Winkel einnimmt, wird die Vortriebskraft größer als die Reibungskraft und der Würfel beginnt zu rutschen.
Die Reibung zwischen dem Würfel und der Oberfläche entsteht dadurch, dass die Atome an den Oberflächen beider Objekte "aneinander stoßen" bzw. "Täler" und "Hügel" aneinanderprallen.
Eine Berechnung der Reibungskraft, ausgehend von einem atomaren Modell der Oberflächen, ist nicht unmöglich, aber sehr aufwändig (nur für sehr einfache Modelle können mit Hochleistungscomputern solche Modelle berechnet werden). Das Problem ist die riesige (siehe Avogadrozahl) Anzahl der Atome, die in einem makroskopischen Körper enthalten ist.
Daher führt man die makroskopische, empirische Größe des Reibungswiderstands ein. Sie wird durch Messung ermittelt.
Der Reibungswiderstand hängt maßgeblich von der Materialkombination (chemische Zusammensetzung), Oberflächenbeschaffenheiten (Wellen, Riefen, Rauigkeit) der Reibungspartner, der Temperatur und anderen Umgebungsfaktoren (Luftfeuchtigkeit, Ölfilm, Staub...) ab.
Für wichtige Materialkombinationen (Metall - Metall, Asphalt - Gummi, ...) findet man den Reibungswiderstand in Tabellenwerken.
Bei der Analyse von Reibungsvorgängen muss man immer berücksichtigen, dass durch die Reibung eine große Menge Wärme freigesetzt wird. Da die Temperatur den Reibungswiderstand beeinflusst, kommt es zu einer Rückkopplung. Denke an die Reifentemperatur bei Formel 1 Rennen!
Ein gutes Beispiel ist die Scheibenbremse eines PKW. Diese verwendet Reibung (Bremsbelag wird gegen die Bremsscheibe gedrückt) um die kinetische Energie des PKW in Wärme umzuwandeln und dadurch den PKW zu verlangsamen (bremsen). Werden die Bremsenkomponenten nicht ausreichend gekühlt, kann sie überhitzen (z.B. Abfahrt über Paßstraße). Dann nimmt der Reibungswiderstand durch die ansteigende Temperatur stark ab und die Bremswirkung schwächt sich sehr stark ab.
An der Bremse eines Fahrrades kann man sehr schön den Einfluss der Umgebung auf den Reibungswiderstand erfahren. Bei einsetzendem Regen kommt Wasser zwischen die Felge des Reifens und die Bremsklötze, sodass der Reibungswiderstand stark abnimmt.
Den Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit kann man am besten mit seinen eigenen Händen erfahren. Einfach den Finger über ein Blatt Papier bewegen und dann ebenso über ein Blatt Schleifpapier. Noch besser: Schleifpapier verschiedener Körnungen prüfen.
Der Einfluss der Materialkombination ist etwas schwieriger zu erfahren, da der Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit dominant ist. Teflon hat z.B. deshalb einen so geringen Reibungswiderstand, weil alle Atome (Kohlenstoff und Fluor) gesättigte Bindungen eingehen, das heißt, dass keine freien Valenzelektronen vorkommen.
