Kategorie: MINT

Bei mir gab’s heute morgen eine schöne Überraschung: Schnee!!

Und damit man sich vorher schon freuen kann, könnte man sich ja diese Erfindung wünschen. Oder sie verschenken… Sie liefert zwar nur eine eher grobe Vorhersage, dafür sehr beeindruckend.

Wie funktioniert’s? Mit Alkohol. Und mit Campher.

Ein hermetisch abgeschlossenes Glasgefäß gefüllt mit einer Campher-Alkohol-Lösung ist die Umgebung für ein wettergesteuertes Phänomen. Hier drin können je nach Außenbedingung Kristalle in unterschiedlichen Formen wachsen und sich wieder auflösen. Die äußeren Bedingungen wechseln abhängig vom (aufziehenden) Wetter.

So kann man an den Veränderungen der Kristalle das Wetter der nächsten 1 bis 2 Tage ablesen. Die Vorhersage geht so (Quelle: www.sturmglas-shop.de/die-funktionsweise-des-sturmglases.html):

• Große Farn-ähnliche Kristalle bilden sich – es wird kalt und stürmisch
• Farn-ähnliche Kristalle lösen sich auf – es gibt wärmeres Wetter
• Kristalle schweben nach unten – Frost kommt
• Kristalle überall im Glas – es wird Niederschläge geben
• Klare Flüssigkeit – es wird heiter, sonnig und klar

 

Mehr Infos: https://de.wikipedia.org/wiki/Sturmglas

Wikipedia zitiert: „Laut dem Journal of Crystal growth sind Veränderungen bezüglich der Kristallstruktur ausschließlich auf Veränderungen der Umgebungstemperatur zurückzuführen.“ Vielleicht haben die ja nur nicht genau hingeguckt… es ist doch viel schöner, wenn man an die Sturmvorhersage glaubt!

Maria

Immer dann, wenn sich Körper berühren bzw. gegeneinander bewegen, stellt die aufmerksame Beobachterin eine Kraft fest. Jeder bewegte, nicht angetriebene Körper wird allmählich langsamer und kommt irgendwann zum Stillstand. Die Geschwindigkeit des Körpers nimmt ab, bis sie gleich Null ist. Schlussfolgerung: Es muss eine bremsende Kraft da sein. Diese heißt Reibungskraft.

Verantwortlich dafür sind unebene Körperoberflächen und Kohäsionskräfte, die zwischen den Molekülen derjenigen Körper wirken, die aneinander reiben. Wie man Reibungskraft berechnen kann, könnt Ihr nachlesen im Skript „Arten der Reibung & Reibungskraft berechnen“ auf Maschinenbau-Wissen.de.

Nun gibt es aber nicht nur „1 Reibung“, sondern die Physik unterscheidet zwischen verschiedenen Arten von Reibung.

Äußere Reibung

Auch Festkörperreibung oder Coulombsche Reibung genannt. Diese Art von wird unterteilt in

• • Haftreibung
  • Gleitreibung
  • Rollreibung
  • Wälzreibung
  • Bohrreibung
  • Seilreibung

Als Eselsbrücke kann man das so erklären, dass Haftreibung dafür sorgt, dass meine Möbel stehen bleiben, auch wenn ich mich oder etwas dagegenlehne. Haftreibung sorgt dafür, dass nicht alles anfängt zu „schwimmen“. Gleitreibung dagegen ist meist geringer als die Haftreibung. Das merkt Ihr, wenn Ihr dann endlich geschafft habt, beim Umzug den Schrank auf dem Teppich in Bewegung zu versetzen. Den überhaupt in Bewegung zu setzen ist schwerer, als ihn dann in Bewegung zu halten. (Schönen Gruß auch an die „Kollegin“ der Reibung, die Trägheit.)

Verwandt mit der Gleitreibung sind die Rollreibung (bei Dingen, die rollen statt gleiten, oder die Rollen beistzen) und die Wälzreibung (eine Überlagerung von Gleit- und Rollreibung). Spezielle Beachtung erfordern auch die Bohrreibung, die am Auflagepunkt eines sich um eine Achse drehenden Körpers entsteht, und die Seilreibung, bei der ein um einen runden Körper gelegtes Seil betrachtet wird.

Innere Reibung

Dies ist die Bewegung der Teilchen in einem Stoff, stellt Euch einfach mal Fluide vor. Hier geht es um

• Zähigkeit
• Verformungen
• Strömungen

Stellt Euch hier nicht nur „sortenreine“ Stoffe vor, sondern auch die Bewegung von Körpern in Flüssigkeiten oder die Dämpfung von Schallwellen. Abweichungen von der Idealen Elastizität gilt als Art der inneren Reibung im Festkörper. Innerer Reibung und Viskosität kann man allerdings nur für Fluide gleichsetzen.

Merksatz: „Die innere Reibung von Schüttgut definiert sich über den Schüttwinkel“

Reibung und Energie

Gemäß dem Energieerhaltungssatz bewirkt Reibung keinen Energieverlust. Was sein kann, ist, dass die Entropie zunimmt und Wärmeenergie entsteht. Ein Puck beim Eishockey bleibt irgendwann liegen, weil Reibung seine kinetische Energie in Wärme umwandelt. Der Puck gleitet auf einer geschmolzenen Wasserschicht auf dem Eis und seine Bewegungsenergie wandelt sich, bis er nicht mehr kann…

Reibt man ein Streichholz auf der Streichholzschachtel, kann man durch die Reibungswärme (unter Einsatz von geeigneter Materialien und Chemikalien wie Eisenoxid und Phosphor) Feuer machen.

Reibung und Werbung

Ein hübsches Beispiel für Werbung, die einen physikalischen Effekt aufgreift, ist mir in der Vorbereitung des Artikels unter die Augen gekommen. Ich möchte es Euch nicht vorenthalten:

Hier erklären die Vertreiber einer Sportsalbe gegen unangenehme Folgen von Druck, Reibung und Feuchtigkeit auf die Haut, wie ein Radiergummi funktioniert. Und zeigen so, dass die Haut (a) kein Papier ist und (b) mit ihrer Salbe sehr gut geschützt ist.

(Disclaimer: Ich hab keine Ahnung, ob das funktioniert, wie gut die Salbe ist oder ob man sie empfehlen kann oder eher davon abraten sollte. Hier möchte ich nur die Idee mit dem Radiergummi vorstellen, denn die Erklärung und die Analogie finde ich gut gelungen.)

Reibung und Sport

In vielen Sportarten spiel Reibung ebenfalls eine Rolle. So z. B. beim Klettern (mit Seil) oder Bouldern (Klettern ohne Seil, immer in Absprunghöhe, soll ja nicht lebensgefährlich sein). Da kann man mittels der Tritttechnik Reibung (wenn Tritte fehlen) an Höhe gewinnen.

Weist eine Route (fast) keine greif- oder antretbare Griffe und Tritte auf, steht man erstmal „wie der Ochs vorm Berg“. Doch es gibt eine Möglichkeit, trotzdem das eigene Gewicht der Schwerkraft zu entreißen. Ha! Es kommt vor allem auf eine gute Tritttechnik an. Anstatt die Zehen auf einem komfortablen vertikalen Stück Fels zu platzieren, nutzt man die komplette Sohle des Kletterschuhs. Dadurch finden man auf der rauen Oberfläche einer mehr oder wenigen schrägen Fläsche der Kletterwand dennoch Halt. Oder man hat zwei zueinander mehr oder weniger orthogonal stehende Flächen, in die man sich quasi „einklemmen“ kann – s. Foto. Da braucht es in der Tat manchmal etwas Selbstvertrauen. Und Übung. Doch das klappt. (Wer’s nicht glaubt, ich hab’s selbst mal ausprobiert!)

Mehr Infos

www.maschinenbau-wissen.de/skript3/mechanik/kinetik/272-reibungskraft-berechnen
https://en.wikipedia.org/wiki/Friction
https://de.wikipedia.org/wiki/Reibung
Quelle Radierer: www.ilon-protect-salbe.de/sport/die-ilon-protect-salbe/die-funktionsweise
Quelle Sport: www.am-fels.de/rissklettern-reibung-und-verschneidung-bouldern
Bildquelle Kaminklettern: www.schmidt-zabierow.at/pages/klettern/traunspitzl-14-routen.php

dib-Ingenieurin „Reibung“

Lest dazu auch das Magazin des dib (dt. Ingenieurinnenbundes), die Herbstausgabe „Die Ingenieurin“, denn dort gibt es den Schwerpunkt „Reibung“ (gestaltet vom dib-Team im Ruhrgebiet). Dafür werdet Ihr entweder Mitglied oder findet eine, die Mitglied ist und Euch das Magazin ausleihen kann ;-)

Maria