Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigung: 5 Fakten

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In diesem Artikel werden wir 5 Fakten im Zusammenhang mit Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigung diskutieren.

Bevor Sie mit den detaillierten Fakten zu Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigung wir brauchen die Grundidee von Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigung. Reibungskraft ist eine Kraft, die der Bewegung eines Gleitkörpers oder einer Gleitfläche über die andere Widerstand entgegensetzt.

Bewegt sich ein Körper auf einer Kreisbahn mit Richtungsänderung seiner Geschwindigkeit, so wird seine Beschleunigung als Zentripetalbeschleunigung bezeichnet. Auf diesen Körper wirkt eine Zentripetalkraft, weshalb eine Zentripetalbeschleunigung erzeugt wird.

Wie hängt die Reibungskraft mit der Zentripetalbeschleunigung zusammen?

Zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigung wir müssen ein Beispiel von einem Auto nehmen, das sich auf einer flachen Kurve bewegt. Die Kurve ist eine Kurve ohne Bank. Wenn sich das Auto auf der Straße bewegt, sollte es dazu neigen, ins Rutschen zu kommen.

Aber es rutscht nicht, warum? Die Antwort ist Haftreibung. Die statische Reibungskraft wirkt in die entgegengesetzte Richtung der Bewegung des Autos auf der Straße, weshalb es nicht rutscht. Die einzige Kraft, die in horizontaler Richtung auf die Reifen des Autos wirkt, ist die Haftreibungskraft. 

Wir alle wissen, dass ein Auto Zentripetalkraft benötigt, um sich in einer steilen Kurve fortzubewegen. Hier muss also die Haftreibungskraft die Zentripetalkraft sein. Der mathematische Ausdruck für die Haftreibungskraft ist gleich Fs= μ.N wobei N die Normalkraft und μ den Haftreibungskoeffizienten bezeichnet. 

Das normale N entspricht dem nach unten wirkenden Gewicht des Autos. Deshalb Fs= μ.N = μ.mg Nun wissen wir alle, dass der mathematische Ausdruck für die Zentripetalkraft F istc = mw2/r wobei v und r die Geschwindigkeit des Autos bzw. den Radius der Kurve bezeichnen.

Deshalb Fs= μ.N = μ.mg = Fc = mw2/r

                        v2/r = μ.g

Hier der mathematische Ausdruck für die Zentripetalbeschleunigung ist v2/r. Daher können wir sagen, dass wir den Wert von berechnen können Zentripetalbeschleunigung von der Reibungskraft. Der Zusammenhang zwischen Reibungskraft u Zentripetalbeschleunigung ist v2/r = μ.g.

Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigungtt
Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigung aus wikipedia

Können Reibungskräfte Zentripetalbeschleunigungen erzeugen?

Ein sehr häufiges Beispiel von Straßenneigungen kann uns helfen zu verstehen, ob Reibungskräfte entstehen können Zentripetalbeschleunigungen. Zuerst müssen wir es wissen Was ist Banking von Straßen? Manchmal sehen wir Reifen von Autos ins Schleudern geraten, während wir auf einer Straße eine Kehrtwende machen. 

Um diese Möglichkeit des Schleuderns zu beseitigen, wird dem Auto Zentripetalkraft zugeführt. Das Phänomen, einen Winkel beizubehalten, um die Rutschwahrscheinlichkeit eines Autos zu verringern, ist als bekannt Querneigung der Straße.

Es gibt 3 Arten von Bankgeschäften. Hier wird nur der Fall dargestellt, wie Reibungskräfte Zentripetalbeschleunigungen erzeugen können. Wenn die Schräglage ist Null, dann können nur Reibungskräfte Zentripetal erzeugen Beschleunigungen. 

Wenn die Schräglage Null bleibt, muss das Auto in den flachen Kurven abwechselnd fahren. In diesem Fall gleicht die nach oben gerichtete Normalkraft (N) das Gewicht (mg) des Autos aus, das nach unten wirkt, da es von Natur aus vertikal ist. Also , N =mg………(1)

Wenn die Straße glatt genug ist, kann das Auto die Kurven nicht nehmen, da es ohne Reibungskräfte rutscht. Aber im Falle einer unebenen Straße wird die Zentripetalkraft durch die Reibungskraft (f) bereitgestellt, die auf die Straße wirkt. 

Daher ist f = μ.N = μ.mg …………….(2) [aus Gleichung (1)]

Als Zentripetalkraft (Fc= mw2/r) wird also durch die Reibungskraft (f) bereitgestellt

                        f = μ.N = μ.mg = Fc= mw2/r [aus Gleichung (2)]

Daher ist μ.g = v2/r

                           v = √μ.rg …………….. (3)

Hier v = v max = die maximale Geschwindigkeit, die das Auto auf einer ebenen Straße erreichen kann

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Banking von Straßen aus wikipedia

Wenn Reibungskräfte Zentripetalbeschleunigungen erzeugen?

Hier können wir ein Beispiel für ein Karussell nehmen. Angenommen, eine Person steht auf einem Karussell und das Karussell bewegt sich, aber nicht sehr schnell. Dann wird sich die Person an derselben Stelle wiederfinden, an der sie gestanden hat, als das Karussell in Ruhe war. 

Nun stellt sich die Frage, wie es möglich ist, dass die Person, während sich das Karussell bewegt, auch ihre Position ändern sollte. Die Antwort liegt an der Reibungskraft. In diesem Fall ist die von der Person gewonnene Beschleunigung die Zentripetalbeschleunigung und wird durch die Reibungskraft erzeugt.

Wie erzeugen Reibungskräfte Zentripetalbeschleunigungen?

Auch hier nehmen wir wieder das Beispiel eines fahrenden Autos, das auf einer Straße ohne Böschungen abbiegen möchte. Im vorangegangenen Teil wird dieses Konzept bereits ausführlich besprochen. Wenn also ein Auto auf einer ebenen Straße abbiegen will, rutscht es aus. Wenn es nicht rutscht, ist es sicher, dass es eine andere Kraft gibt, die seine Rutschgefahr verringert hat.

Diese Kraft ist eine Haftreibungskraft. Es verleiht den Reifen des Autos Zentripetalkraft. Aus dieser Haftreibungskraft entsteht auch die vom Auto gewonnene Zentripetalbeschleunigung.

Beispiele für Reibungskräfte, die Zentripetalbeschleunigungen erzeugen

Hier nehmen wir ein mathematisches Beispiel, um zu zeigen, dass Reibungskräfte Zentripetalbeschleunigungen erzeugen.

Numerisches Problem:

Ein Auto bewegt sich auf einer ebenen Straße. Wie groß ist die maximale Geschwindigkeit, mit der sich das Auto bewegen sollte, um die Wahrscheinlichkeit des Schleuderns zu beseitigen? Der Wert des statischen Anteils beträgt 0.4, die Masse des Autos 100 kg und der Radius der Straße 4 m. (g = 10 m/s2)

Antworten :

In der Frage wird erwähnt, dass die Straße flach ist. Das bedeutet, dass der Querneigungswinkel null ist.

Die Zentripetalkraft, die das Auto zum Abbiegen benötigt, wird also durch die Haftreibung bereitgestellt.

 Hier μ=0.4,m=100 kg und g= 10 m/s2,r = 4m

Fs= μ.mg

μ.mg = mv2/r

v max = v = √μ.rg

v max  = √0.4 x 4 x 10

v max  = 4 m/s wobei v max ist die maximale Geschwindigkeit, mit der sich das Auto bewegen sollte, um die Wahrscheinlichkeit des Schleuderns zu beseitigen.

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird der Zusammenhang zwischen Reibungskraft und Zentripetalbeschleunigung zusammen mit einem Zahlenbeispiel ausführlich beschrieben.

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