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Erforderliche Haftreibung ermitteln

Aufgabe

Ein Gewicht G zieht unter dem Winkel α symmetrisch an zwei Gleitschlitten. Wie groß muss die Haftreibung mindestens sein, damit Gleichgewicht herrscht? Die Abmessungen der Gleitschlitten können hierbei vernachlässigt werden.

Gleitschlitten im Ruhezustand
Gleitschlitten im Ruhezustand

Lösung

Nachfolgend ein Video, in dem diese Aufgabe vorgerechnet wird:

Erforderlicher Haftreibungskoeffizient für Gleichgewichtszustand - Technische Mechanik 1, Übung 24

Und hier der Lösungsweg zum Nachlesen:

Lösungsskizze zu Übung Nr. 24
Lösungsskizze zu Übung Nr. 24
Aufgrund der Symmetrie wird hier nur die linke Seite betrachtet,
die Höhe der Gleitklötze wird vernachlässigt
Kräftebilanz in x-Richtung

\[\tag{1} 0={F_S} \sin{\left( \alpha \right) }-{F_x}\]

Kräftebilanz in y-Richtung

\[\tag{2} 0={F_y}-{F_S} \cos{\left( \alpha \right) }\]

Zusammenhang zwischen Normalkraft und Querkraft

\[\tag{3} {F_x}={F_y} {µ_0}\]

resultierende Seilkraft aus G

\[\tag{4} {F_S} \cos{\left( \alpha \right) }=\frac{G}{2}\]

\[\tag{5} {F_S}=\frac{G}{2 \cos{\left( \alpha \right) }}\]

eingesetzt in Kräftebilanz x-Richtung

\[\tag{6} 0=\frac{G \sin{\left( \alpha \right) }}{2 \cos{\left( \alpha \right) }}-{F_x}\]

auflösen nach F_x

\[\tag{7} {F_x}=\frac{G \sin{\left( \alpha \right) }}{2 \cos{\left( \alpha \right) }}\]

Umstellen der y-Kräftebilanz nach F_y und Einsetzen von F_S

\[\tag{8} {F_y}={F_S} \cos{\left( \alpha \right) }\]

\[\tag{9} {F_y}=\frac{G}{2}\]

Gleichung 3 ergibt

\[\tag{10} {µ_0}=\frac{{F_x}}{{F_y}}\]

mit F_y aus 9

\[\tag{11} {µ_0}=\frac{2 {F_x}}{G}\]

und F_x aus 7 eingesetzt ergibt es letztlich den Mindestwert für µ_0

\[\tag{12} {µ_0}=\frac{\sin{\left( \alpha \right) }}{\cos{\left( \alpha \right) }}\]

bzw.

\[\tag{13} {µ_0}=\tan{\left( \alpha \right) }\]

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