Richtung der Reibkraft bei einem rollenden Zylinder

Mike_8419 · Anmeldungsdatum: 19.05.2011 Beiträge: 13

Hallo Leute,

meine Frage bezieht sich auf die Kinetik des starren Körpers. Konkret geht es dabei um die Richtung der Reibkraft bei einem rollenden Zylinder.

Das angefügte PDF zeigt 2 Fälle:

1. Der Zylinder rollt auf einer Ebene, ohne dass auf ihn ein Antriebsmoment wirkt.

2. Der Zylinder rollt auf einer Ebene und auf ihn wirkt ein Antriebsmoment.

In der VL haben wir gelernt, dass die Richtungen der Reibkraft entsprechend der Zeichnung in das Freikörperbild einzutragen sind.

Bei 2. Fall kann ich mir vorstellen wie die Reibkraft entsteht, bzw. warum sie in die eingezeichnete Richtung wirkt.

Bei Fall 1 hingegen sieht es anders aus; ich kann mir hier nicht so recht vorstellen, warum die Kraft in diese Richtung wirken muss. Hinzu kommt, dass ich mir auch nicht vorstellen kann, wie diese Reibkraft überhaupt entstehen soll.

Kann mir jemand helfen die folgenden Fragen präzise zu beantworten:

1. Wieso wirkt die Reibkraft im Fall 1 in die eingezeichnete Richtung?
2. Wie entsteht bei Fall 1 eigentlcih die Reibbkraft?

Bin echt dankbar für jede Hilfe - in der Literatur gibt es viele Beispiele zu solchen Anwendungsfällen; leider fehlt immer eine Erklärung wieso die Reibkraft nun gerade so wirtk wie sie eingezeichnet ist.

Gruß

Mike

Packo · Gast

Ich werde es mal versuchen:

Fall 1.
Stelle dir zunächst mal eine ganz, ganz glatte Straße vor (keine Reibung).
Der Zylinder (ohne Antrieb) würde sich nach rechts bewegen, ohne zu drehen.

Auf einer wirklichen Straße, dreht sich der Zylinder jedoch im Uhrzeigersinn. Er wird durch die Reibungskraft in Rotation versetzt. Die Reibungskraft muss also die eingezeichnete Richtung haben.

Die Reibung bei so einem starren Zylinder ensteht genauso wie die Reibung eines gleitenden Blockes.
Beim Autoreifen entsteht die Kraft jedoch durch das Nachgeben des Pneus. Dieser wird etwas platt gedrücht. Diese Art von "Reibung" nennt man Rollreibung.

Mike_8419 · Anmeldungsdatum: 19.05.2011 Beiträge: 13

Ok,

die Frage, warum die Reibkraft in die eingezeichnete Richtung wirken muss ist nun geklärt! Thumbs up!

Entstehung der Reibkraft:

Ich glaub genau da liegt mein Problem.

Beim Gleiten eines Blockes nach rechts ist klar, dass die Reibkraft nach links wirken muss (verursacht durch die rauhe Oberfläche).

Nun zurück zum Zylinder. Der Zylinder rollt nach rechst -> die Kontaktline zwischen Boden und Zylinder will sich nach links bewegen -> um ein gleiten zu verhindern müsste ja die Reibungskraft nach rechts gerichtet sein. Wie entsteht dann eine Reibkraft, die nach links gerichtet ist?

Packo · Gast

Ohne Reibung dreht sich der Zylinder (ohne Antrieb) nicht.
Wird seine Achse nach rechts verschoben, so bewirkt die Reibung eine Drehung im Uhrzeigersinn. Deshalb zeigt die Reibungskraft nach links.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Im Fall 1 wirkt doch gar keine Reibkraft, außer du hättest ein Verzögerungs,moment durch die Rollreibung, versatz von FN.

Wer macht denn solche skizzen.

Fall 2 stimmt.

Mike_8419 · Anmeldungsdatum: 19.05.2011 Beiträge: 13

Hallo VeryApe,

wieso soll im 1.Fall keine Reibkraft wirken? Oder meinst du den Umstand, dass im Schwerpunkt des Zylinders keine horizontale Kraft, bzw. keine Schwerpunktsgeschwindigkeit eingezeichnet ist? (Hab ich leider vergessen einzuzeichen)

Gruß

Mike[/quote]

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Im Fall 1 steht in der Überschrift der Zylinder rollt.

somit hat er eine Schwerpunktsgeschwindigkeit und ein Winkelgeschwindigkeit um den Schwerpunkt die sich im Auflagepunkt zu null addieren.
das ist die rollbedingung.

Die Haftreibung hat hier keinen Grund einzugreifen, der zylinder rollt ewig weiter, ober durch die Sahara rollt und zwischen durch auf Glatteis bei den Eskimos vorbeiwinkt ist total egal.

Mike_8419 · Anmeldungsdatum: 19.05.2011 Beiträge: 13

Und wie ergibt sich dann die Rotation, wenn keine Haftreibung auftritt? Versteh ich nicht ganz???

Gruß

Mike

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Es geht hier darum das der zylinder bereits rollt. das heißt er hat bereits eine Schwerpunktsgeschwindigkeit und eine Winkelgeschwindigkeit.

Was du meinst ist, wenn er nur mit einer Schwerpunktsgeschwindigkeit aufgesetzt wird, dann rollt er erstens nicht, denn er gleitet und die Drehung wird schneller, bis die Auflagepunkt geschwindigkeit null ist, dann ist die Rollbedingung erfüllt von da an rollt er.

Dann lösch aus der Überschrift raus der Zylinder rollt, wenn du anderes meinst.

wenn er nämlich rollt dann gibts keine Reibkraft, wenn kein Antriebs oder verzögerungsmoment oder keine res Kraft auftritt.

Mike_8419 · Anmeldungsdatum: 19.05.2011 Beiträge: 13

Ok,

nein ich meine schon, dass der Zylinder bereits rollt.

Jetzt muss ich nochmal anders fragen:

Angenommen es wirkt bei Fall 1 eine horizontale Kraft am Schwerpunkt des Zylinders, dann wäre es doch korrekt wenn die Reibkraft wie eingezeichnet wirken würde, oder?

Gruß

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Wenn eine res Kraft zum Beispiel im Schwerpunkt wirkt, dann bedeutet das beschleunigung eine veränderung der Auflagepunkt geschwindigkeit bahnt sich an.

denn die Schwerpunktsgeschwindigkeit wird größer die Winkel geschwindigkeit bleibt gleich. Das bedeutet differenz.

Das lässt aber die Haftreibung nicht zu und bremst ihn und leitet das in Rotation um.

Du mußt echt aufpassen sonst kommst du durcheinander, du redest die ganze zeit von Haftreibung und redest dann davon das de Zylinder nur mit Schwerpunktsgeschwindigkeit aufgesetzt wird.

Dann hast du Gleitreibung, Haftreibung hast du nur wenn er rollt, und rollen bedeutet die rollbedingung, im Auflagepunkt null Geschwindigkeit.

Für den Boden sieht es so aus als steht der Zylinder, als wäre er im Stillstand, deswegen auch JHaftreibung, vergleiche dazu das verschieben

Mike_8419 · Anmeldungsdatum: 19.05.2011 Beiträge: 13

Ok,

jetzt hab ichs verstanden! Thumbs up!

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

wenn dus verstanden hast dann besser doch die Skizze aus, sodass überhaupt eine Reibkraft nach links zustande kommt.
Denn laut deiner skizze existiert noch immer keine Reibkraft.

Mike_8419 · Anmeldungsdatum: 19.05.2011 Beiträge: 13

Skizze wurde ausgebessert!