Die Reibung Fluch und Segen zugleich

Transkript

1 Die Reibung Fluch und Segen zugleich Vorarbeiten bis zur Gruppenarbeit! Motivation: Klebe einer/m Schüler/in einen Löffel an die Nase. Warum hält der Löffel? 1 Erarbeitung der Begriffe Reibung und Reibungskraft : Reibung: Reibungskräfte: Der Vorgang bei dem Reibungskräfte entstehen. bewegungshemmende Kräfte %2FKopievonPICT0425.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fschnullerkiller.blogspot.com%2F2009_07_01_archive.html&h=400&w=30 0&tbnid=Jy2-drLV- 4rRBM%3A&zoom=1&docid=8zXK8Way9EWqMM&ei=uB14VOqaN4fEPJizgPAF&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=312&page=1&start =0&ndsp=34&ved=0CCUQrQMwAQ

2 Grund für die Existenz von Reibung: Die Oberfläche jedes Körpers besitzt Unebenheiten. 2 Voraussetzung für Reibungskräfte: Körper und eine Auflagefläche die sich berühren. Eine Antriebskraft, die parallel zu Auflagefläche wirkt. Eine Anpresskraft (Normalkraft), die senkrecht zur Auflagefläche wirkt. der Reibung am Modell: Die Oberflächen des Körpers und der Auflagefläche verhaken und verzahnen sich. Bei Bewegung verformen sich die Unebenheiten und brechen eventuell sogar ab. An manchen Stellen kommen sich der Körper und die Auflagefläche so nahe, dass anziehende Kräfte zwischen ihren Teilchen, sogenannte Adhäsionskräfte, wirken. Auf dem Foto rechts kann man benutztes Schleifpapier erkennen (vorher Schleifpapier am Holzquader reiben). Dient zu Verdeutlichung von Abrieb durch Reibung. Marbles (Gummiteile) nach einem Formel 1 Rennen (als Praxisbezug): 2 Bild Unebenheiten von Oberflächen efurl=http%3a%2f%2fwww.almasima.eu%2fpage3.html&h=260&w=301&tbnid=hjkhxqyj4bly5m%3a&zoom=1&docid=wr70hd9a YIHzQM&ei=URx4VOfDHsLjO-SVgbgF&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=1383&page=4&start=82&ndsp=29&ved=0CJ4CEK0DMFM

3 ABB. Formel 1: - entnommen am Erarbeitung der möglichen Abhängigkeiten der Reibungskraft in Gruppenarbeit: Geschwindigkeit des Körpers Größe der Auflagefläche Größe der Anpresskraft paar Jetzt kann die Gruppenarbeit erfolgen!

4 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Versuch 1 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit 1 Holzquader 2. Ziehe den Holzquader mit einer bestimmten Geschwindigkeit über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft. 3. Wiederhole den Versuch mit anderen Geschwindigkeiten. Erwartungen

5 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Versuch 1 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit 1 Holzquader 2. Ziehe den Holzquader mit einer bestimmten Geschwindigkeit (aber gleichförmig, d.h. die Geschwindigkeit ist konstant) über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft. 3. Wiederhole den Versuch mit anderen Geschwindigkeiten. Erwartungen SS erwarten dass die Reibungskraft von der Geschwindigkeit abhängt Der Betrag der Gleitreibungskraft ist nahezu unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit des Holzquaders. Unterschiedliche Geschwindigkeiten verändern nicht wesentlich die Anzahl und die Beschaffenheit der gemeinsamen Kontaktstellen von Holzquader und Tisch. Somit hat die Geschwindigkeit keinen Einfluss auf die Reibungskraft.

6 Abhängigkeit vom paar Versuch 2 Abhängigkeit vom paar 1 Holzquader Vorder- (Plastik) und Rückansicht (Filz) des Versuchsquaders 2. Wähle ein Auflagefläche (Tisch, Teppich, Fließen, Linoleum) für den Holzquader. 3. Ziehe den Holzquader mit einer konstanten Geschwindigkeit über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft. 4. Wiederhole den Versuch mit den anderen Auflageflächen. Erwartungen

7 Abhängigkeit vom paar Versuch 2 Abhängigkeit vom paar 1 Holzquader Vorder- (Plastik) und Rückansicht (Filz) des Versuchsquaders 2. Wähle ein Auflagefläche (Tisch, Teppich, Fließen, Linoleum) für den Holzquader. 3. Ziehe den Holzquader mit einer konstanten Geschwindigkeit über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft. 4. Wiederhole den Versuch mit den anderen Auflageflächen. Erwartungen Die Schüler wissen aus ihrer Erfahrung, um das Verschieben eines Schrankes zu erleichtern kann ein Filz untergelegt werden damit die Reibungskraft verringert wird. Die Reibungskraft ist vom paar anhängig. Je nach Art des paares ändern sich Anzahl und Beschaffenheit der Kontaktstellen des Holzquaders mit der Auflagefläche. Somit ändert sich auch der Betrag der Reibungskraft. Je rauer die Oberflächen sind, umso häufiger und stärker treten die Verzahnungen der beiden Körper auf. Die bewegungshemmenden Kräfte werden also größer.

8 Abhängigkeit von der Anpresskraft Versuch 3 Abhängigkeit von der Anpresskraft 1 Plastikquader mehrere Schlitzgewichte 2. Ziehe den Plastikquader mit einer konstanten Geschwindigkeit über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft in einer Tabelle. 3. Lege nun ein Schlitzgewicht auf den Plastikquader. 4. Wiederhole den Versuch. 5. Werte am Ende die Versuchsreihe die grafisch aus. Erwartungen

9 Abhängigkeit von der Anpresskraft Versuch 3 Abhängigkeit von der Anpresskraft 1 Plastikquader mehrere Schlitzgewichte 2. Ziehe den Plastikquader mit einer konstanten Geschwindigkeit über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft in einer Tabelle. 3. Lege nun ein Schlitzgewicht auf den Plastikquader. 4. Wiederhole den Versuch. 5. Werte am Ende die Versuchsreihe die grafisch aus. Erwartungen Die Reibungskraft ist anhängig von der Anpresskraft. Die SS wissen zum Beispiel vom Schlitten ziehen, dass es umso schwerer fällt den Schlitten zu ziehen umso mehr Personen auf dem Schlitten sitzen bzw. umso schwerer die Person ist, die auf dem Schlitten sitzt. Die Reibungskraft ist direkt proportional zur Anpresskraft, da die Bildpunkte der Messwertpaare auf eine Ursprungshalbgeraden liegen. Durch die Vergrößerung der Anpresskraft treten die Verzahnungen häufiger und verstärkt auf. Somit steigt die Reibungskraft.

10 Abhängigkeit von der Größe der Auflagefläche Versuch 4 Abhängigkeit von der Größe der Auflagefläche 1 Plastikquader Vorder-, Seiten- und Rückansicht des Versuchsquaders 2. Wähle aus Breitseite, Stirnseite und Schmalseite des Quaders die Kontaktfläche mit dem Tisch aus 3. Ziehe den Holzquader mit einer konstanten Geschwindigkeit über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft. 4. Wiederhole den Versuch mit den beiden noch fehlenden Kontaktseiten. Erwartungen

11 Abhängigkeit von der Größe der Auflagefläche Versuch 5 Abhängigkeit von der Größe der Auflagefläche 1 Plastikquader Vorder-, Seiten- und Rückansicht des Versuchsquaders 2. Wähle aus Breitseite, Stirnseite und Schmalseite des Quaders die Kontaktfläche mit dem Tisch aus 3. Ziehe den Holzquader mit einer konstanten Geschwindigkeit über Deinen Tisch und notiere die von dem Kraftmesser angezeigte Kraft. 4. Wiederhole den Versuch mit den beiden noch fehlenden Kontaktseiten. Erwartungen SS erwarten, dass bei kleinerer Kontaktfläche auch die Reibungskraft geringer ist. Die Reibungskraft ist unabhängig von der Größe der Kontaktfläche. Bei einer Vergrößerung der Kontaktfläche nimmt die Anzahl der Verzahnungen zu. Gleichzeitig verteilt sich die konstante Gewichtskraft des Holzquaders auf eine größere Fläche. Die Verzahnungen werden somit nur noch mit einer geringeren Kraft ineinander gedrückt. Z.B. eine Verdopplung der Fläche hätte eine Halbierung der Anpresskraft pro Fläche zur Folge.

12 Nach der Gruppenarbeit zu erledigen! Die Ergebnisse der einzelnen Gruppen werden zusammengeführt und im Heft fixiert. Als Gesamtergebnis wird die Formel für die Reibungskraft eingeführt mit der neuen Größe Reibungskoeffizient bzw. Reibungszahl als Proportionalitätskonstante. Auch werden verschiedene Eigenschaften dieser neuen Größe festgehalten wie z.b. ist ein reiner Zahlwert (besitzt keine Einheit), ist eine charakteristische Größe für ein bestimmtes paar, für bestimmte Stoffpaare kein exakter Wert möglich (z.b. für Holz/Holz: wegen verschiedener Holzarten, nasses oder trockenes Holz, gelagertes oder frisches Holz, Ast im Holz, )