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Physik - Reibungsarbeit

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Physik

Reibungsarbeit

In diesem Abschnitt wollen wir uns der Reibungsarbeit zuwenden. Reibungsarbeit führt dazu, dass ein sich bewegender Körper abgremst wird. Berechnet werden kann die Reibungsarbeit wie folgt:

Methode

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$W_R = \int R \cdot ds$                  Reibungsarbeit

Dabei ist $R = \mu \cdot N$ die Reibungskraft und $s$ der Weg, für welchen die Reibung auftritt. $N$ ist die Normalkraft, die senkrecht auf der Berühungsebene des betrachteten Körpers steht.

Merke

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Die Reibungskraft $R$ und Normalkraft $N$ sind bereits im Abschnitt Haftreibung und Gleitreibung eingeführt worden.

Bei der Reibungsarbeit handelt es sich um eine Art der machanischen Arbeit. Reibungsarbeit tritt z.B. auf, wenn man mit einem Fahrrad auf der Straße fährt. Es entsteht Reibung zwischen den Rädern des Fahrrads und der Straße. Aufgrund dieser Reibung wird das Fahrrad abgeremst. Der Fahrradfahrer muss also jedes Mal in die Pedalen treten, damit das Fahrrad nicht stehen bleibt. Natürlich spielt neben der Reibung auch noch der Luftwiderstand eine Rolle. 

Die bei der Bewegung auftretende Reibungskraft hat also eine bewegungshemmende Wirkung.  Die Reibungskraft und der Weg sind entgegengesetzt gerichtet. Liegt eine konstante Reibungskraft vor, so entfällt das Integral und die Berechnung der Reibungsarbeit kann wie folgt durchgeführt werden:

Methode

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$W_R = R \cdot s$                    Reibungsarbeit bei konstanter Reibungskraft

mit

$R = \mu \cdot N$  Reibungskraft

$N$ Normalkraft

$s$ zurückgelegter Weg

Wird Reibungsarbeit verrichtet, so wandelt sich die mechanische Energie (kinetische und potentielle) in thermische Energie um, die dann in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird. 

Die Änderung der mechanischen Energie entspricht also der Verrichtung von Reibungsarbeit:

Methode

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$W_R = \delta E_{mech}$

Betrachten wir ein Auto, welches mit konstanter Geschwindigkeit fährt. Dem Auto muss so viel Energie zugeführt werden, wie Reibungsarbeit (Reifen und Straße) verrichtet wird, damit dieses sich mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegt. Beim Beschleungigen des Autos hingegen, muss mehr Energie zugeführt werden, als Reibungsarbeit verrichtet wird. In diesem Fall tritt neben der Reibungsarbeit auch Beschleunigungsarbeit auf.