Wenn dem nicht so wäre, dann hätte sich die Welt wohl ganz und gar anders entwickelt. Die Möglichkeit mit einem gedrehten Holzstab und Zunder selbstständig Feuer zu machen war einer der Schlüsselpunkte in der menschlichen Entwicklung. Reibung macht warm, weil Arbeit in Wärmeenergie umgewandelt wird. Das sagt der zweite Hauptsatz der Wärmelehre: „Die innere Energie eines Körpers kann durch Zufuhr von Arbeit und durch Zufuhr von Wärme erhöht werden.“

Wenn es kalt wird, spüren das die Hände zuerst. Die Füße. Die Extremitäten werden kalt. Um dem entgegenzuhalten, reiben wir die Hände (die Füße nicht). Die Energie der Bewegung geht über den engen Kontakt in das System „Hand“ und erhöht dort die Bewegung der Moleküle. Die Temperatur steigt.

Hintergrund: Als Temperatur bezeichnen wir die Durchschnittsgeschwindigkeit der beteiligten Moleküle und Atome. Sie bewegen sich in alle Richtungen. Zufällig. Durcheinander.

Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre sagt: Die Innere Energie eines Körpers kann durch Zufuhr von Wärme und durch Zufuhr von Arbeit erhöht werden.

Wir könnten also die Hände auch ohne Bewegung aufwärmen – mit Wärme. Dazu muss irgendwo ein System mit mehr Innerer Energie sein. Drei Arten der Wärmeübertragung stehen in diesem Fall zur Verfügung:

  • Wärmeleitung – Hände an die Heizung halten
  • Wärmetransport – Hände über die Heizung halten
  • Wärmestrahlung – Hände in Richtung Heizung halten

Aber es geht hier ja um die Reibung. Wie wird die Energie des Händereibens übertragen? Es sind die Atome der Hand, die hier aneinander gerieben werden. Die Elektronen in den Hüllen sind elektrisch negativ geladen. Sie stoßen einander ab – und somit sorgen sie dafür, dass sich die Hände nicht ineinander vermischen. Ebenso die positiv geladenen Protonen in den Kernen. Bei der Bewegung wird die Energie übertragen, die Elektronen können einen „angeregte“ Energiezustände einnehmen. Sie nehmen also die Energie der Bewegung auf.

Man sieht auch die Verzahnung von Oberflächen, wenn man mit dem Mikroskop „hineinzoomt“:

 

Reibungsarten:

Wir sagen „Reibungskraft“ zu jener Kraft, die wir beim Händereiben als Widerstand spüren. Wir überwinden sie durch eine noch stärkere Muskelkraft, damit bewegen sich die Hände trotzdem.

Das ist die äußere Reibung. Sie wird auch „Coulombsche Reibung“ genannt. Sie entsteht, weil sich die geladenen Teilchen der beteiligten Grenzflächen begegnen. Sie stoßen sich ab oder ziehen sich an. Wir kennen hier die Haftreibung: Ein Glas bleibt auch auf einem schiefen Tisch stehen. Wenn die Haftreibungsgrenze überschritten ist, beginnt das Glas zu gleiten – jetzt findet Gleitreibung statt. Wenn Räder beteiligt sind, oder Walzen, dann hätten wir die Rollreibung.

Wenn wir ein Knetwachs biegen, einen Draht biegen, wenn Flüssigkeit durch ein Rohr fließt – auch dort gibt es Reibung.

Das ist die innere Reibung. Auch die Dämpfung von Schallwellen etwa gehört dazu. Die Stimme wird sich auf freiem Feld nicht unendlich weit ausbreiten.

Durch beide Reibungsarten wird der Körper (die Flüssigkeit/der Draht/die Hände) wärmer. Warme Objekte strahlen diese Wärmeenergie wieder als Infrarotstrahlung ab. Die Energie geht „verloren“ – ein Fahrzeug wird langsamer, ein Glas wird langsamer, das wir über den Tisch schubsen.

Dieser Vorgang wird Dissipation genannt. Früher glaubten Naturforscher, dass ein Gegenstand eine „treibende Kraft“ braucht, um in Bewegung zu bleiben. Das ist aber im reibungsfreien Fall nicht notwendig.

Ein Körper bleibt im Zustand der Bewegung, sofern er nicht durch eine Kraft gezwungen wird, diesen Zustand zu verändern. (2. Newtonsches Axiom).

Und diese Kraft ist die Reibungskraft, wenn etwas „automatisch“ gebremst wird.

Unsere Hände werden nicht langsamer, weil wir unsere Hände mit Muskelkraft bewegen. Das regt auch den Kreislauf an, warmes Blute strömt durch die Adern, auch dadurch werden unsere Hände warm.

An dieser Stelle sollten wir uns vielleicht den Energieerhaltungssatz anschauen:

In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie konstant.

Was an Bewegungsenergie fehlt, finden wir als Wärmeenergie im System.

 


Text/Foto: Lothar Bodingbauer