Haftreibung

diese Seite heißt zwar Haftreibung, soll aber einfach mal das Thema behandeln, weshalb ich bei meinen Weitfahrversuchen das Auto oft nach dem Umdrehen wieder anstoßen muss und was die Gedanke dahinter sind, dass das in Wettbewerben erlaubt sein muss.

Der Grund dafür ist nämlich gerade die Haftreibung.

Ich nehme an, dass die Vorrichtung, die in meinen Videos meine Autos nach dem Umdrehen wieder anschiebt, für Unverständnis und Kritik sorgt. Ich möchte das hier deshalb nochmal genauer erklären.

Ihr kennt doch sicherlich die Versuche, die in der Physik zum Thema Reibung durchgeführt werden?

Ein kleiner Klotz liegt auf dem Tisch und wird mit einer Federwaage gezogen.

Bevor der Klotz sich bewegt steigt die Kraft an, bis zu einem Wert, an dem der Klotz losrutscht. Danach sinkt die Kraft wieder etwas und der Klotz kann mit etwas weniger Kraft weiter gezogen werden. Der klassische Versuch zum Ermitteln von Reibungskräften.

Wenn der Klotz auf dem Tisch liegt hat er Haftreibung. In dem Moment, wo er sich bewegt gleitet er über den Tisch und hat damit Gleitreibung. Die Haftreibung ist größer als die Gleitreibung. Das könnt ihr schön in diesem Video sehen.

Genau so verhält es sich auch mit Rollen oder Rädern, die losrollen sollen.  

Zu Beginn haben die Räder auch Haftreibung. Später, bei Bewegung, geht das dann in Rollreibung über.

Unsere Mausefallenautos haben an vielen Stellen Reibung.

Zwischen dem Boden und den Rädern, zwischen der Achse und den Lagern, zwischen Zahnrädern, sogar in der Mausefalle zwischen dem Drahtbügel und seiner Lagerung und selbst in der Feder gibt es Reibung.

Wenn sich das Auto nicht bewegt, ist das alles im Zustand Haftreibung. Erst wenn das Auto fährt gibt es Gleit- und Rollreibungen, ich nenn sie zusammengefasst mal Bewegungsreibungen.

Die Haftreibung ist immer höher, als die Bewegungsreibungen während der Fahrt (bis auf den Luftwiderstand).

D.h. das Auto benötigt zum Losrollen mehr Kraft als zum Fahren selbst.

Und genau das ist das Problem:

Wenn man ein Auto baut, das extrem weit fährt, spielt der Unterschied zwischen Haft- und Gleit-/Rollreibung eine größere Rolle.

Wie bereits mehrfach auf meiner Seite erwähnt, ist es das Ziel Autos zu bauen, die mit immer weniger Vortriebskraft fahren können.

Je kleiner die Kraft umso weiter können die fahren. 

Das Auto kann wegen der zu kleinen Antriebskraft nicht mehr alleine losfahren. Wenn es aber mal fährt, reicht die Kraft aus um es am Fahren zu halten.

Meine Autos haben eine Vortriebskraft, die zwar größer als die Bewegungsreibung ist, aber kleiner als die Haftreibung.

D.h. wenn sie mal in Bewegung sind, fahren die immer weiter (vorausgesetzt, die Bedingungen der Bahn ändern sich nicht, wovon wir mal ausgehen müssen), werden sie aber angehalten können sie aus eigener Kraft auch nicht mehr anfahren.

Damit ergibt sich ein nächstes Problem:

Die Autos fahren so weit, dass es keine geeigneten Bahnen mehr gibt. Die sind einfach nicht lang genug!

(Über Hinweise über Bahnen mit der Güte einer Kegelbahn mit über 1km Länge würde ich mich echt freuen!)

Das bedeutet aber auch, dass ich die Autos am Ende der Bahn anhalten und umdrehen muss, wenn ich herausfinden will, wie weit sie wirklich fahren. Anhalten heißt aber auch, dass die Bewegungsreibungen weg sind und das Auto wieder in der Haftreibung auf der Bahn steht.

Und genau hier habe ich eine Entscheidung getroffen:

Ich nehme einfach an, das Auto sei gar nicht angehalten worden.

Nach dem Umdrehen versetze ich es wieder in genau den Zustand zurück, in dem es vor dem Anhalten war.

Ich schiebe es einfach ganz leicht wieder an.

Diese Annahme muss man aber vorher in den Wettbewerben definieren, damit man gleiche Voraussetzungen für alle schaffen kann.

In manchen Wettbewerben ist das so geregelt:

- Zu Beginn der Fahrt muss das Auto eigentlich immer von selbst anfahren.

- Die Autos dürfen umgedreht werden

- Die Autos dürfen nach dem Umdrehen wieder angeschoben werden

Diese Regeln machen meiner Meinung nach aus physikalischer und wettbewerbstechnischer Sicht Sinn.

Ein Anfahren zu Beginn von alleine ist eine kleine zusätzliche Hürde, die es zu überwinden gilt.

Ein Umdrehen sollte natürlich erlaubt sein, weil es viele Autos gibt, die so gut sind, dass die Bahnlängen eben nicht mehr ausreichen.

Wie sollten dann zwei Autos gewertet werden, wenn alle, die das Ende der Bahn erreicht haben am Ende dieselbe Reichweite haben?

Ein Anschieben macht aus physikalischer Sicht Sinn wie oben erklärt.

Weil diese Regeln in vielen Wettbewerben Anwendung finden, habe ich sie mir für meine Weitfahrversuche ebenfalls selbst auferlegt.

Die Regeln, die sich zum Beispiel DocFizzixs auferlegt hat, sind nicht bekannt. Unter welchen Bedingungen ist er 182m gefahren?

Trotzdem verkauft Mark Rober das als Weltrekord.

Meine Anwendung der Regeln

Autos müssen von selbst anfahren:

Zum Glück fahren meine Autos selbst bei der geringen Vortriebskraft, die sie noch haben, zu Beginn der Fahrt das erste Mal doch alleine an. Sobald die aber ein paar Meter hinter sich haben und angehalten werden, müssen sie wieder angeschoben werden. 

Autos dürfen umgedreht werden:

Weil es vermutlich keine Bahn gibt, auf der meine Autos ohne Umdrehen fahren könnten, muss ich sie zwangsläufig umdrehen.

Das passiert wie in jedem Wettbewerb von Hand.

Autos dürfen wieder angeschoben werden:

Wie oben erklärt fahren meine Autos mit so kleiner Vortriebskraft, dass sie nach einem Anhalten nicht wieder von alleine anfahren würden. Ich schiebe die Autos also nach dem Umdrehen wieder etwas an. Da das von Hand immer unterschiedlich ist und evtl. für Kritik sorgen könnte, dass ich die viel zu heftig anschiebe, habe ich eine Vorrichtung dafür gebaut.

Damit ist das Anschieben reproduzierbar immer gleich und so leicht wie möglich.

Die Autos rollen ohne Federunterstützung dann nur etwa 10cm weit. Diese Strecke ist von der Wertungsstrecke abgezogen.

Kommentare unter meinen Videos, dass damit das Auto unendlich fahren kann, zeugen dann davon, dass nicht verstanden wurde, wie das funktioniert. Das war aber genau der Grund das hier nochmal zu erklären.

Leider hat aber selbst das Team vom Guinness-Buch das nicht verstanden und bleiben bei ihrer Forderung, dass die Autos nicht mehr angefasst und umgedreht werden dürfen.

Das ist eine mausefallenautoweltfremde Einstellung, weshalb ich auch einen Guinness-Weltrekord nicht mehr weiter verfolgt hab.