Gleitreibung
Welche Kraft bremst einen Körper, der über eine Fläche gleitet?
Die Gleitreibungskraft F_R wirkt zwischen zwei aufeinander gleitenden Flächen entgegen der Bewegungsrichtung. Nach dem Coulombschen Reibungsgesetz ist sie proportional zur Normalkraft F_N, mit der die Flächen aufeinandergedrückt werden; der Proportionalitätsfaktor ist die Gleitreibungszahl μ. Sie hängt von der Werkstoffpaarung, dem Oberflächenzustand und der Schmierung ab, aber in guter Näherung nicht von der Größe der Berührfläche und nur wenig von der Gleitgeschwindigkeit.
Zu unterscheiden sind Haftreibung und Gleitreibung: Solange ein Körper ruht, kann die Haftreibung jeden Wert bis zum Maximum μ₀ · F_N annehmen – erst wenn die angreifende Kraft dieses Maximum überschreitet, setzt sich der Körper in Bewegung. Danach wirkt die (kleinere) Gleitreibung μ · F_N. Deshalb ist Losreißen schwerer als Weiterschieben, und deshalb bremst ein blockierendes Rad schlechter als ein rollendes. In der Praxis liefert die Formel die Verschiebekraft für Kisten und Maschinen, die Bremskraft von Bremsbelägen und die Haltekraft von Klemmverbindungen.
Größen und Einheiten
| Symbol | Bedeutung | Einheit |
|---|---|---|
| ReibungskraftGleitreibungskraft entgegen der Bewegungsrichtung | N | |
| Gleitreibungszahldimensionslos, abhängig von Werkstoffpaarung und Oberfläche | – | |
| NormalkraftKraft senkrecht zur Berührfläche; auf waagerechtem Boden gleich der Gewichtskraft | N |
Rechenweg
- Werte eintragen, eine Größe leer lassen, „Lösen“ drücken.
GrafikReibungskraft über der Normalkraft
Ergebnis ohne Gewähr – ersetzt keine Fachplanung.
Beispiel
Eine Stahlkiste mit 250 kg wird über einen trockenen Stahlboden geschoben (Gleitreibungszahl μ ≈ 0,15). Welche Kraft ist nötig, um die Kiste gleichmäßig weiterzuschieben?
- Gegeben: m = 250 kg, μ = 0,15. Gesucht: F_R.
- Normalkraft auf waagerechtem Boden: F_N = m · g = 250 kg · 9,81 m/s² = 2 452,5 N.
- Formel: F_R = μ · F_N.
- Einsetzen: F_R = 0,15 · 2 452,5 N ≈ 368 N.
- Zum Losreißen aus dem Stand ist mit der Haftreibungszahl μ₀ ≈ 0,2 eine Kraft von rund 0,2 · 2 452,5 N ≈ 490 N nötig.
Ergebnis: 368 N
Gültigkeit & Hinweise
- Gilt für trockene oder gleichbleibend geschmierte Festkörperreibung (Coulomb). Bei Flüssigkeitsreibung (hydrodynamische Schmierung) hängt die Reibung stark von der Geschwindigkeit ab.
- Haftreibung: Die maximale Haftreibungskraft ist F_R0,max = μ₀ · F_N mit μ₀ > μ. Mit μ₀ statt μ berechnet die Formel die Losbrechkraft.
- Reibungszahlen sind Richtwerte mit großer Streuung (siehe Tabelle). Für sicherheitsrelevante Auslegungen Versuche oder Herstellerangaben verwenden.
- F_N ist die Normalkraft, nicht die Gewichtskraft – auf der schiefen Ebene gilt F_N = m · g · cos α.
Typische Fehler
- Masse in kg statt Normalkraft in N eingesetzt.
- Haft- und Gleitreibungszahl verwechselt – zum Anfahren gilt μ₀, zum Weiterschieben μ.