Читать книгу Hals über Kopf - Richard P. McCall - Страница 11

Reibung ist eine Kraft, ohne deren Wirkung wir nicht gehen oder rennen könnten. Sie tritt auf, wenn zwei sich berührende Objekte aneinander vorbeigleiten (oder dies versuchen). Wenn Sie Ihre Handflächen zusammendrücken und sie gegeneinander verschieben, können Sie die Reibungskraft spüren. Jede Hand übt eine Reibungskraft auf die andere aus (nach Newtons drittem Grundsatz). Wenn Sie klebrige Hände haben, kann diese Kraft ziemlich groß sein, und es kann dann sehr schwer sein, Ihre Hände überhaupt gegeneinander zu verschieben. Wenn Sie Flüssigseife an den Händen haben, kann es sein, dass sie sehr glitschig sind, sodass Sie fast keine Reibung spüren. Wenn Sie ein Buch auf einen Tisch legen und ihm einen Stoß versetzen, bewegt es sich über eine kurze Strecke, wird aber wahrscheinlich bald wieder im Ruhezustand sein. Legen Sie das Buch hingegen auf eine glatte Oberfläche, wie zum Beispiel auf Eis, kann es sein, dass das angestoßene Buch eine ziemliche Entfernung zurücklegt, da die Reibungskraft in diesem Fall nicht sehr groß ist.

Sie können sich die Reibung als eine Kraft vorstellen, die bewirkt, dass ein Objekt abgebremst und seine Bewegung schließlich angehalten wird. Reibung kann jedoch auch dazu verwendet werden, ein ruhendes Objekt in Bewegung zu versetzen (oder es zu beschleunigen). Wie wird ein stehendes Auto in Bewegung versetzt? Wenn es an einem Hang geparkt wurde, zieht die Schwerkraft es nach unten. Befindet es sich jedoch auf einem ebenen Untergrund (nehmen wir an, es sei an einer Ampel angehalten worden), wie beginnt es dann, sich zu bewegen? Das Auto kann sich nur zu bewegen beginnen, wenn Reibungskräfte auf seine Räder wirken.

Entscheidend ist in allen diesen Fällen, dass die Reibung eine Kraft ist, die die Bewegung bzw. den Bewegungsversuch von zwei sich berührenden Körpern behindert. Wenn der Fahrer auf das Gaspedal tritt, versuchen die mechanischen Teile des Wagens die Räder in eine Drehbewegung zu versetzen. Der Teil des Reifens, der auf der Straße aufliegt, versucht sich nach hinten zu bewegen und drückt dabei gegen die Straßenoberfläche. Als Reaktion auf diese Kraft schiebt der Boden den Reifen in Vorwärtsrichtung und bewirkt dadurch, dass der Wagen nach vorne rollt (Abb. 1.3a).

Abb. 1.3 Kraft und Gegenkraft. Während das Rad sich im Uhrzeigersinn zu drehen versucht, versucht der Teil des Reifens, der den Untergrund berührt, sich nach links zu bewegen, indem er gegen den Untergrund nach hinten drückt. Die Gegenkraft besteht darin, dass der Untergrund den Reifen nach vorne drückt, was dazu führt, dass sich das Rad nach vorne bewegt. Beim Gehen liegen die Dinge sehr ähnlich: Die Kraft, mit der der Fuß auf dem Boden nach hinten drückt, führt zu einer Gegenkraft, mit der der Boden den Fuß nach vorne drückt, was in der Vorwärtsbewegung des Körpers resultiert.

Befindet sich der Wagen auf einer vereisten Oberfläche, ist die Reibungskraft stark reduziert, weil Eis sehr glatt ist. Wenn der Fahrer zu viel Gas gibt, bewegen sich die Reifen zwar, aber sie drehen durch, ohne den Wagen nach vorne zu bewegen. Der Reifen bewegt sich auf dem Eis nach hinten, doch es existiert nur eine geringe oder gar keine Reibung zwischen Reifen und Boden, sodass der Wagen nicht nach vorne geschoben wird. Um die Bodenhaftung zu verbessern, könnte der Fahrer Sandpapier auf das Eis oder ein dünnes Brett unter die Räder legen. So ließe sich vielleicht die Reibung verstärken und der Wagen vorwärts bewegen. Um das Fahren auf vereisten Straßen zu ermöglichen, könnte man auch Winterreifen verwenden oder Schneeketten an den Rädern befestigen.

Wenden wir diese Prinzipien nun auf das Gehen an. Die Reibung zwischen Ihren Schuhen (oder Füßen) und dem Boden ermöglicht es Ihnen zu gehen. Was es Ihnen erlaubt, sich in Vorwärtsrichtung zu bewegen, ist die Reibungskraft, mit der Sie der Boden nach vorne schiebt. Diese Kraft ist die Gegenkraft zu derjenigen Kraft, mit der Ihre Füße relativ zum Boden nach rückwärts drücken (Abb. 1.3b). Denken Sie nur daran, wie schwer es ist, auf Eis zu gehen oder zu stehen: Ohne Reibung würden Sie wahrscheinlich zu Boden fallen. Ihr Gewicht zieht sie nach unten, und Sie können sich einen Knochen brechen, wenn die vom Boden auf Sie ausgeübte Kraft groß genug ist. Was im Zusammenhang mit der Reibungskraft noch erwähnt werden muss, ist die Tatsache, dass sie zu den sich berührenden Oberflächen parallel wirkt.

Gleitet daher ein Buch über einen Tisch nach links, so wirkt die Reibungskraft nach rechts, parallel zum Buch und der Oberfläche des Tisches. Wenn der Reifen eines Wagens auf dem Untergrund nach links zu gleiten versucht, übt der Untergrund eine Reibungskraft auf den Reifen aus, die parallel zu den sich berührenden Oberflächen nach rechts gerichtet ist.

Ein weiterer Aspekt, der bei Reibungskräften zu bedenken ist, sind zwei ihrer häufig auftretenden Formen: die statische und die kinetische Reibung. Eine statische Reibung liegt vor, wenn die beiden Objekte, die sich berühren, sich nicht gegeneinander bewegen, sondern sich in Ruhe befinden. Im Fall der kinetischen Reibung bewegen sich die Objekte gegeneinander. Stellen Sie sich beispielweise vor, sie müssten eine große Kiste über den Boden schieben. Sie müssen ziemlich viel Kraft aufwenden, um sie in Bewegung zu versetzen, jedoch nicht ebenso viel Kraft, um die Bewegung fortzusetzen. Bevor sich die Kiste zu bewegen beginnt, wirkt die statische Reibung zwischen der Kiste und dem Boden der Tendenz der Kiste, sich zu bewegen, wenn Sie sie schieben, entgegen. Wenn Sie jedoch diesen Widerstand überwunden haben, sinkt die Reibungskraft, die der Bewegung entgegenwirkt, auf einen geringeren Wert. Wenn es Ihnen also gelungen ist, die Kiste in Bewegung zu versetzen, schieben Sie sie weiter! Die sich bereits bewegende Kiste weiterzuschieben kostet Sie weniger Kraft, als Sie anfänglich aufwenden mussten, um sie aus dem Ruhezustand in Bewegung zu versetzen.