Was ist Coulomb-Reibung?

Die Coulomb-Reibung ist eine vereinfachte Quantifizierung der Reibungskraft, die zwischen zwei trockenen Oberflächen in Kontakt besteht. Alle Reibungsberechnungen sind Näherungswerte, und diese Messung, die 1785 von Charles-Augustin de Coulomb als Verfeinerung des klassischen Modells von Leonardo da Vinci entwickelt wurde, hängt nur von den Grundprinzipien der Bewegung ab. Es wird davon ausgegangen, dass die Kontaktflächen ziemlich gleichmäßig sind und dass der Reibungskoeffizient, der überwunden werden muss, damit die Bewegung beginnt, für die in Kontakt stehenden Materialien gut bekannt ist. Es berücksichtigt auch die Normalkraft, die die Anziehungskraft mit einbezieht, sei es bei einer direkten horizontalen Bewegung zur Normalkraft oder bei einer vektorisierten Neigung.

Berechnungen im Maschinenbau verwenden aufgrund ihrer Einfachheit häufig Coulomb-Reibungsformeln, und sie können angepasst werden, um die Haftreibung von Körpern, die sich nicht bewegen, oder die Gleitreibung von Körpern, die gegeneinander gleiten, zu berücksichtigen. Dieses Modell geht davon aus, dass die Materialien starre Feststoffe sind, ohne Schmiermittel oder andere Flüssigkeiten oder Gase dazwischen. Obwohl das Coulomb-Reibungsgesetz bei diesen Materialien gut funktioniert, bei denen es sich um halbweiche Verbindungen wie Gummi oder polierte Metalloberflächen handelt, sind die Berechnungen weniger genau.

Guillaume Amontons, ein französischer Erfinder, verfeinerte 1699 Leonardo da Vincis Reibungsberechnungen, und Coulomb nutzte dies als Grundlage für sein Verständnis von Reibung. Für trockene Oberflächen gelten drei physikalische Regeln, wobei die ersten beiden als Amontons-Gesetze und die dritte als Coulomb-Gesetz bekannt sind. Die ersten beiden besagen, dass die Reibungskraft direkt proportional zur Belastung ist und unabhängig von der sichtbaren Kontaktfläche zwischen den Materialien ist. Das Coulombsche Gesetz besagt, dass die Gleitreibung von Körpern in Bewegung unabhängig von der tatsächlichen Gleitgeschwindigkeit der Körper ist.

Der Coulomb-Reibungskoeffizient ist eine statische Kraft, die etwas höher ist als die Bewegungskraft, wenn zwei Materialien in Kontakt miteinander ruhen. Dieser Reibungskoeffizient ist für viele einfache, reine Materialien bekannt und wird als einheitenlose Zahl angegeben. Bei trockenen Oberflächen beträgt der Reibungskoeffizient für Holz gegen Beton 0.62, für Styropor gegen Stahl 0.3 bis 0.35 und für Stahl gegen Teflon® 0.04. Diese Zahlen werden verwendet, um die Kraft zu berechnen, die erforderlich ist, um die Haftreibung zu überwinden, die als Reibungskraft bekannt ist, indem der Reibungskoeffizient mit der Normalkraft multipliziert wird. Die Normalkraft ist die Masse des Materials mal der Anziehungskraft, wobei Vektorberechnungen hinzugefügt werden, wenn sich die beiden Oberflächen gegen die Anziehungskraft schräg nach oben oder unten bewegen oder darauf zu.

Die Coulomb-Reibungsdämpfung ist die Wirkung von Reibung immer entgegen der Bewegungsrichtung. Es wird als die Freisetzung von Wärmeenergie zwischen den Oberflächen ausgedrückt, die die kinetische Nettoenergie der Bewegung reduziert. Das Coulomb-Reibungsdrehmoment beinhaltet Rotationskräfte, wenn sich zwei Materialien während des Kontakts nicht linear bewegen, und ist ein weiteres Beispiel dafür, wo grundlegende Formeln in komplexere Berechnungen der tatsächlichen Reibung einbezogen werden. Diese Berechnungen verwenden die Coulomb-Formeln und erweitern sie, um eine Vielzahl von Reibungsumgebungen einzubeziehen, einschließlich viskoser Flüssigkeitsreibung, innerer Reibung in Materialien, in denen eine Verformung stattfindet, und mehr.