Haft- und Gleitreibung

Haft- und Gleitreibung
Moritz Orlowski, Rajees Uthayasegaram, Malina Reitemeyer
Betreuer: Simon Mundinar
Versuch zur Untersuchung von Haft- und Gleitreibung verschiedener Flüssigkeiten
Ziel ist es Haft- und Gleitreibungskoeffizienten verschiedener Flüssigkeiten für verschiedene Schichtdicken und
Geschwindigkeiten zu bestimmen
Motivation
Aufbau, Durchführung
Grundlagen
Reibung bei Bewegung eines Körpers auf einer Flüssigkeitsschicht
Haftreibung
𝐹𝐻 = 𝜇𝐻 ∙ 𝑚𝑔 Haftreibungskoeffizient μH
Gleitreibung
𝐹𝐺 = 𝜇𝐺 ∙ 𝑚𝑔 Gleitreibungskoeffizient μG
unabhängig von Geschwindigkeit und Auflagefläche
Viskose Reibung
𝐹𝑣𝑖𝑠 ∝ 𝑣 𝛽
𝜷
0,5
1
2
𝑭𝒗𝒊𝒔
Schmiermittelreibung
Stokes-Reibung
Strömungswiderstand
•
•
Quader in gefüllte Wanne setzen
Messprogramm und Motor starten
Es muss darauf geachtet werden, dass
• die Flüssigkeit zu Beginn gleichmäßig verteilt ist
• der Quader gerade und nicht schief gezogen wird
• keine Unebenheiten in der Wanne vorhanden sind und diese waagerecht
zum Boden steht
Ergebnisse
Hier einige exemplarische Daten für die Haft- und Gleitreibung bei
unterschiedlicher Masse und Geschwindigkeit
Auswertung
F H , max
Berechnung von 𝜇𝐻 durch Maximum zu Beginn der Messung µ H =
m⋅g
Gesamtreibung bei v>0 : 𝐹 = 𝐹𝐺 + 𝐹𝑣𝑖𝑠
Da Fv unabhängig von Masse m → Bestimmung von 𝜇𝐻 durch Messung
der Gesamtreibung 𝐹𝑚𝑖 mit verschiedenen Massen:
F m −F m
µG =
g ⋅(m2−m1)
2
1
Da Gleitreibung 𝐹𝐺 unabhängig von v → Bestimmung von β durch
Messung der Gesamtreibung 𝐹𝑣𝑖 bei verschiedenen Geschwindigkeiten:
β
0,5
1
2
γ
Fluid 1,233 ± 𝝁0,012
Wasser
0,250 ± 0,009
1,521
±
0,030
Seifenlauge
0,304 ± 0,007
Öl
0,329 ± 0,018
2,31
±
0,09
PVC (Literatur)
0,4…0,5
𝑯
F v −µG ⋅m⋅g
(
)
F v −µG ⋅m⋅g
β = log
v2
log
v1
2
1
𝝁𝑮
0,16 ± 0,03
0,17 ± 0,03
0,096 ± 0,027
0,23
oder
F v −µG ⋅m⋅g v 2 β
=( ) =: γ
F v −µG ⋅m⋅g v 1
2
1
𝜇𝐻 und 𝜇𝐺 werden durch Fluide verringert
Berechnung von γ durch die Geschwindigkeiten ergibt:
𝜷
0,5
1
2
𝜸
1,233 ± 0,012
1,521± 0,030
2,31 ± 0,09
Fazit
Berechnung durch 𝐹𝑣𝑖 und µG ergibt:
𝜸 = 𝟐, 𝟎 ± 𝟎, 𝟗
→ kein belastbares Ergebnis wegen zu großem Fehler
Bestwert lässt auf 𝛽 ∈ {1,2} schließen
Direkte Berechnung von 𝛽 stützt diese Vermutung:
𝜷 = 𝟏, 𝟔 ± 𝟐, 𝟓
Messdaten ergeben Abhängigkeit für F von Stirnfläche A
→ Argument für Strömungswiderstand (𝛽 = 2) für den gilt 𝐹𝑣𝑖𝑠 ∝ 𝐴
Literatur und Quellen:
Demtröder, Experimentalphysik I; Gerthsen, Gerthsen Physik; Giancoli, Physik: Lehr- und Übungsbuch;
https://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_chloride# Physical_properties; https://de.wikipedia.org/wiki/Strömungswiderstand;
http://de.forwallpaper.com/wallpaper/water-drops-water-white-bubbles-blue-splash-widescreen-152490.html
Alle Koeffizienten konnten erfolgreich bestimmt werden.
Einige Koeffizienten weichen vom Erwartungswert ab,
mögliche Gründe:
• Quader wurde nicht gleichmäßig gezogen
• zu wenig Flüssigkeit um Wanne gleichmäßig zu füllen
Danksagung:
Wir möchten uns sehr herzlich bei unserm Projektleiter Simon Mundinar für die engagierte Betreuung bedanken.
Auch möchten wir uns bei Herrn Ulrich und Herrn Domanski für die Unterstützung seitens der Werkstatt und bei
Herrn Nießler seitens der Hörsaaltechnik bedanken.

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