Die Reibungsarbeit


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Einleitung

In diesem Beitrag werden wir uns mit der Reibungsarbeit beschäftigen. Der Begriff Reibungsarbeit kommt in der Mechanik dann vor wenn ein Körper durch Reibungskräfte an seiner Bewegung gehindert wird. In diesem Beitrag soll zunächst darauf eingegangen werden was man unter der Reibungsarbeit versteht und wie man sie berechnet. Anschließend werden einige Beispielaufgaben gerechnet.

Doch bevor wir uns tiefer mit der Reibungsarbeit befassen, solltest du noch einmal die folgenden Themen wiederholen. Solltest du dich mit diesen Themen nicht gut auskennen, so könntest du mit dem Verständnis der mechanischen Arbeit probleme haben.

Wiederholung: Mechanische Arbeit

Wie in dem Beitrag über Mechanische Arbeit erwähnt, gibt es verschiedene Arten von Arbeit in der Mechanik. Eines dieser Arbeitsarten ist die Reibungsarbeit, aus diesem Grund wiederholen wir nochmal die Definition der Mechanischen Arbeit.

An einem Körper wird mechanische Arbeit verrichtet, sobald er durch eine Kraft bewegt oder verformt wird.

Die mechanische Arbeit berechnet sich über das Produkt von Kraft \(F\) und Strecke \(s\)

Formel der mechanischen Arbeit

\(W=F\cdot s\)

Dabei ist:

  • \(F\) die Kraft in Newton \([N]\)

  • \(s\) die Strecke in Meter \([m]\)



Reibungsarbeit

Die Reibungsarbeit ist eine Form der mechanischen Arbeit. Wirken Reibungskräfte an einem Körper und behindern sie ihn an seiner Bewegung, so wird Reibungsarbeit verrichtet. Ein klassisches Beispiel dafür ist ein Holzklotz auf einer schiefen Ebene. Möchte man den Klotz entlang der Ebene schieben, so muss die Kraft mit der man schiebt größer sein als die Reibungskräfte die den Klotz an der Bewegung hindern.

Formel der Reibungsarbeit

\(W=F_R\cdot s\)

\(W=\mu\cdot F_N\cdot s\)

Wobei gilt:

  • \(W\) ist die Reibungsarbeit in Newton-Meter \([Nm]\)

  • \(F_R\) ist die Reibungskraft in Newton \([N]\)

  • \(s\) ist die Wegstrecke in Meter \([m]\)

  • \(\mu\) ist die Reibungszahl (Einheitslos)

  • \(F_N\) ist die Normalkraft in Newton \([N]\)



Bemerkung

Unter der Normalkraft versteht man die Kraft, die senkrecht auf die Unterlage bzw. Ebene wirkt.


Beispiel:

Ein Klotz liegt auf einer Unterlage und übt auf sie die Normalkraft \(F_N=10N\). Die Reibungszahl ist \(0,1\) groß und der Klotz wird um die Strecke \(s=1m\) geschoben. Wie groß ist die verrichtete Reibungsarbeit?

Lösung:

Zum Berechnen der Reibungsarbeit verwenden wir die oben angegebene Formel:

\(W=\mu\cdot F_N\cdot s\)

\(W=0,1\cdot 10Nm\cdot 1m\)

\(W=1Nm\)

Durch das schieben des Klotzes wird eine Reibungsarbeit von \(1Nm\) verrichtet.