Reibungsarbeit

Was ist Reibungsarbeit?

Im folgenden Text wird dir die Reibungsarbeit auf einfache Weise erklärt. Zunächst wird wiederholt, was die Reibungskraft ist. Danach wird auf die Definition und die Formel der Reibungsarbeit eingegangen. Ebenso wird an einem Beispiel die Reibungsarbeit berechnet.

Reibungskraft – Wiederholung

Bewegt sich ein Körper, so tritt zwischen ihm und dem angrenzenden Körper Reibung auf. Aber was ist die Reibung oder auch Reibungskraft eigentlich?

• Die Reibungskraft beschreibt die Kraft, die zwischen den Oberflächen zweier sich berührender Körper wirkt. Sie wirkt entgegen der Bewegung und hemmt diese dadurch. Sie tritt auch beim Fliegen durch die Luft zwischen der Luft und dem bewegten Körper oder beim Schwimmen zwischen dem Wasser und dem bewegten Körper auf.

Die Reibungskraft wird mit dem Formelzeichen $F_R$ und in der Einheit Newton, kurz $\pu{N}$, angegeben.

Die Reibungskraft hängt zum einen von der Normalkraft ab, die auf den sich bewegenden Körper wirkt. Umso schwerer ein Körper ist, desto größer ist diese Normalkraft und desto größer ist auch die wirkende Reibungskraft.
Zum anderen hängt die Reibungskraft vom sogenannten Reibungskoeffizienten $\mu$ ab. Dieser ist für jede Stoffkombination unterschiedlich und hängt von der Oberflächenbeschaffenheit der aneinander reibenden Stoffe ab. So ist der Reibungskoeffizient zum Beispiel klein für die Stoffkombination Stahl auf Eis und größer für die Kombination Holz auf Holz.

Die Reibungskraft berechnet sich insgesamt aus dem Produkt aus der Normalkraft $F_N$ und dem Reibungskoeffizienten $\mu$.

Die Formel für die Reibungskraft $F_R$ lautet:
$\quad F_R = F_N \cdot \mu$

Reibungsarbeit – Erklärung

Schauen wir uns nun den Begriff der Reibungsarbeit an:

• Die Reibungsarbeit ist eine Form der mechanischen Arbeit. Sie wird beim Zurücklegen einer Strecke verrichtet und ist abhängig von der wirkenden Reibungskraft.

Im Allgemeinen ist die mechanische Arbeit das Produkt aus Kraft und Strecke, entlang derer die Kraft wirkt. Für die Reibungsarbeit $W_R$ lautet die physikalische Formel demnach:
$\quad W_R = F_R \cdot s$

Dabei ist $s$ die zurückgelegte Strecke und $F_R$ die wirkende Reibungskraft. Die Reibungsarbeit wird in der Einheit Newtonmeter, kurz $\pu{Nm}$, oder auch Joule, kurz $\pu{J}$, angegeben. Setzen wir für die Reibungskraft die oben genannte Formel ein, so erhalten wir für die Reibungsarbeit insgesamt:

$\boxed{W_R = F_N \cdot \mu \cdot s}$

Wie andere Formen der mechanischen Arbeit kann auch die Reibungsarbeit grafisch ermittelt werden.

Energieumwandlung bei der Reibungsarbeit

Die kinetische Energie, also die Bewegungsenergie, wird durch die Reibungsarbeit in thermische Energie umgewandelt. Da diese Wärmeenergie selten genutzt werden kann, spricht man häufig von einem Energieverlust durch Reibung. Der Energieerhaltungssatz sagt jedoch, dass Energie nicht verloren gehen kann. Das gilt auch bei der Energieumwandlung durch Reibung.

Die entstandene Wärme kann man in machen Fällen spüren. Reibst du deine Hände für ein paar Sekunden schnell aneinander, so wirkt Reibung zwischen deinen Handflächen. Es entsteht durch die Reibungsarbeit Wärmeenergie. Deine Hände erwärmen sich. Das kann im Winter helfen, hast du es schon einmal ausprobiert?

Wie rechnet man die Reibungsarbeit aus?

Schauen wir uns anhand des folgenden Beispiels an, wie wir mithilfe der oben genannten Formel die Reibungsarbeit berechnen können.

Aufgabenstellung:
Pia fährt gerne Ski. Die auf ihre Ski wirkende Normalkraft beträgt bei einer ebenen Strecke $\it{950}\,\pu{N}$. Der Reibungskoeffizient zwischen Ski und Schnee ist $\it{0,1}$. Wie groß ist die Reibungsarbeit die pro gefahrenem Meter verrichtet wird?

Gegeben:
$F_N = 950\,\pu{N}$
$\mu = 0,1$
$s = 1\,\pu{m}$

Gesucht:
$W_R$

Lösung:
$W_R = F_N \cdot \mu \cdot s$
$W_R = 950\,\pu{N} \cdot 0,1 \cdot 1\,\pu{m}$
$W_R = 95\,\pu{J}$

Antwortsatz:
Pro Meter wird eine Reibungsarbeit von $\it{95}\,\pu{J}$ aufgewendet.

Weitere Aufgaben zur Reibungsarbeit:
Zusätzlich zum Text und dem Video findest du hier auf der Seite weitere Übungen und Arbeitsblätter zum Thema Reibungsarbeit.