Ueber die physikalischen Vorgänge bei der gleitenden Reibung fester Körper

  • Published on
    06-Jun-2016

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<ul><li><p>283 </p><p>rie von C l a u s i u s sagen. Indem dieser von der Annahme ausgeht, dafs cin Sauersloff- Moleciil ails zwei Alomen be- steht, erklart er die Bilduug des Ozons dttrch die Tretinting dieser Atoine; auf diese Art wurde das OZOII aus freien, isolir~en Atomeir gebildet. W i r liabeii gesehen und C l a u - s i u s hat es selbst gesagt, dafs dieser letztere Punkt mit den v o n A n d r e w s und T a i t entdeckten Phatiomen nicht fiber- einstimmt. Doch um die Hypothese von C l a u s i u s init den Thatsacheu in Uebereinstiinmung zu bringen, genugt es hinzuzufiigen, d a b jene Atome im Arrgenblick, w o sie frei merden, sich gleich rnit deli unzersetzten Sanerstoff- Moleciileu verbinden: die Beweisfiihrung VOII C I a u si u s scheint dadurcb nicht erschiittert zu werden und seine Theo- rie stiiiimt d a m wit derjenigen, welche wir auseinander- gesetzt haben ). </p><p>V. ( eber rlir physiknlischerr Forgiinge bri der g h i - tentlen Hribung frster Kiirper ; </p><p>c7on K . E. L u n d s b e r g Mecbrniker in Hanoover. </p><p>( Mitgetheilt vom Hm. Verf. aus d. Mittheill. d. Gewerbe- Vereins fiir d. Kcinigr. Haonover. Neue Folge, 1862, Heft 5 ) . </p><p>O b s c b o n Iaupst anerkaniit war, dafs die uinfassenden Ver- suche iiber die Reibungswiderstiinde VOD M o r i n fiir eine feinere physikalische Forschung bei weitem unzureicheud seyen , so glaubte mail doch f a r alle technischeu Anwen- dungen eine hinreicbend sichere Grundlage fur die Berecb- nung der Reibungsgrthen darin zu finden. Die neuern </p><p>1 ) Die in dieser Abhandlung gegebenen Versuclle wiirden, wie diejeoigen welche icli friiher veraffeotlicht habe, in dem Laboratorium des Hro. Hofraths B u o s e n gemacbt, welchem ich hier meinen besteo Dank er- rieiiere. </p></li><li><p>284 </p><p>Versuche jedoch haben das Vertrauen aurh in letzterer Beziehung geschwticht ). W a r es aber eiiie charakteri- stische Eigeiithiiiiilichkeit aller friihern Reibungsversuche, dals die Resultate wenig Uebereinstimmeudes hat ten, ja zum Theil sich widersprachen, so hat sich diese Erschei- nuiig auch in den neuern Versuchen wiederholt. Es miichte dalier vor Anstellung neuer Versuche wohl gerathen seyo, die Natur der Reibungswiderstande genauer zu studiren und die Griinde zu erforschen, welche zu so adfallenden Ano- inalien Aiilals geben koaoten. Es scheinl mir in der That augenblirklich ebeoso wicbtig, die Thatsacheii, die zur Er- Iauteruug der Rcibungsvorgange dienen kBnnen, zusammen- zustelleii, als die bisherigeu Exyerimente fortzusetzen. Die- ser Ansicht gemafs sind aucb die folgenden Bemerkungen geschrieben, die daher unmittelbar keioen technischen Werth haben kbnnen iind sollen. </p><p>Wenn Melalle mit einigem Druck ohue Zwischenmittcl auf einander gleiten, so findet mitunter jeiie eigenthfimlicbe Erschcinung statt , welche uiiter dein Nainen UFressen je- dem Techniker bekanut ist. Die anfangliche Beschaffen- heit der reibenden Oberflachen wird dadorch weseutlich veraodert. Partikelchen des eineii Kilrpers setzen sich fest in die Oberflache des andern gleitenden KBrpers hinein, vereinigen sich zu mehr oder weniger kugelfthmigen Her- vorragungen, die zahnartig eingreifeii und bei der Bewe- p i g Rillen erzeugeu. Glatte Oberflachen rauhen sich durch Fressen derart, dafs der neue Bewegiiugswiderstand den anfanglichen oft mehrfach iibertrifft. </p><p>Es giebt Umsttinde, welche das Fresseri beghstigen, andere, die es zu verhindern scheiuen. Bringt man ein Paar Metallplatteo zosammen, welche so eben polirt und vollstHndig gereinigt sind, so zeigt sich die erwtihnte Er- scheinung meistens sofort; wabreod sie nicht oder doch weniger leicht eintritt, wenn die Flacheu eiuige Zeit der atmoepharischen Luft ausgesetzt waren. lch babe mich durch vielfache Versuche von dieser Thatsache iiberzeugt. 1 ) Mittbeilungen Jalrrg. 1861, S. 31. </p></li><li><p>283 </p><p>Diese Wahrnehmung, die aufiiierksamell Beobachtern wohl kaum entgehen konnte, scheint gleichwohl nicht die Beach- tung gefunden zu haben, die sie verdient. </p><p>Die Heibung wird um so lcichter das Phanomeo des Fressens erzeugen, je inniger die Beruhrung ist, und Alles, was den nietallischeii Contact aufhebt , mitidert daher die (;efahr des Fressens. W e i l aber das geringste Zwisrheo- mittel hindernd w i r k t , ist es niithig, die Oberflachenbe- schaffenheit anfs Genatiste zu prufen. </p><p>Atis den altern Reohachtutigeii Th. d e S a u s s t i r e s wissen wir, dafs alle festen Korper und iiainmtlrch die Metallc, ein energisches Bestrebell haben, an ihrer Ober- fltiche Gase zu conrlensiicn I ) , utitl jeder Korper daher mit eiiier solchen Spliare verdichteter ( h e utngeben ist. Poi s- s o 11 hat aus den Ersclieiniingeii tler Capillaritat abgeleitet ), dnfs die beiielzrnden Flussigkciten an den Beruhrungs- gr;iuzen dieselbe Dichtigkeit annehinen mussen, welche die festeu Kiirpcr, an denen die Puetzting stattfndet, hesitzen. Nach Q 11 i n c k e ) gilt wahrscheinlich dasselbe Gesetz auch fur die Gasatniospharen der festen Kbrper. das heifst also, die Dichtigkeit der Schicht der condensirten Gase, welche die der Luft ausgesetzien Metalle uingiebt, ist der Dichtig- lieit der Metalle selbst gleich, freilich nur auf cine unmefs- bare Entfernung. In jeder mefsbaren Entfernung wird sie sich von der mittlereu Dichtigkeit der uingebenden Luft menig entfernen. Die Condensation frisch gereiuigter FIS- chen erstreckt sich zunlchst auf dkjenigen Gase, welche am leichtesten in den tropfbartlussigen Zustand ubergefuhrt werden kbnnen. A u s dein it] der Atmosphtire enthaltenen Wasserdampfe wird unter gew6holicheu Umstauden sofort eine feine Schicht condensirt. Der Procefs ist damit aber nicht beendet, vielniehr tritt die neugebildete Scbicht (Dampf- schicht) durch Diffusion in Austausch mit den iibrigen um- gebenden Gasen, indem allmahlich unter Ausscheidung von </p><p>1 ) G i l b . Ann. Bd. 47, Y. 113. 2 ) Nouccllr Thror. dc Ynct. cnpillairs. 3) P o g g . Ann. Bd. 108,s. 526. </p></li><li><p>286 </p><p>Wasserdtimpfen die mehr permanenten Gase aufgenommen werden. Die Menge der a u s der Luft condeiisirteii Gase hangt vou dein Druck uiid der Zusalnmeusetzung der Pufsern Gase ab, so daCs sich (lie Gassphare stets mit den1 Verhal- ten der atmosphariechen Luft in ITebereinstimmung setzt. Bei trockuer Reibuiig bilden diese Gasschichten das Zwi- schenlnittel fiir die reibeoden Fllchen uiid es kann daher nicht auffallen, wenn die verschiedenen ZiistSnde der Gas- spharen verschiedeue Reibungswertlie bedingen. Uiese That- sache ist schou durch C o u l o m b beohachtet. C o u l o m b erwahnt, dafs man den Feuchtigkeitsgehalt der Luft mit zu den Ursachen zahlen kbnne, welche den Reibungswider- stand beeinflussen ' ). </p><p>Bei gut polirten Metallflacheu giebt sich der verschie- dene Zustand der Gasspharen durclr eine feine Niiancirung des reflectirten Lichtes, durcb eiuen leichteu farbigen Hauch zu erkenneu. Es giebt bekauntlich einige Erscheiuuugen, die diels vergnderte Ansehen derselben Kbrper bei verschie- denen Gasspharen zur Voraussetzung haben; ich meine die Moser 'schen Bilder uud die von G u s t a v K a r s t e n ent- deckten elektrischen Zeichnuagen '). Sie siud uns hier nur deshalb von Interesse, weil sich an ihiien die Gasschichten nachweisen uiid studiren lassen. </p><p>Ueber die Zeit, welche erforderlich ist, damit die an- faugliche Gassybare (Daoipfsphiire) in die zweite iibergeht, kaon eine Beobachtuog von R i e f s eiuige Anhaltspuukte geben. R i e l s uahm eine Glilamertafel, die an ein gelade- nes Elektroskop gehalteu, die Divergeuz desselbeu wahrend eiuer Minute vbllig unverandert IieEs; als aber die Halfte der GlimmerflPche durch Ablbsung einer Lamelle eioe frische Oberflache erhielt, entlud diese Halfte das Elektroskop io wenig Sekunden. Dieses Leitungsvermbgen riihrt nur, wie R i e l s durch andere Versuche nachgewiesen hat , von der Wasserhaut, welche durch Condensation der Wasserdiimpfe </p><p>1) Thdoric dcs machines simples p. 4. 2 ) W a i d l s , Pogq Ann. Bd. 59. - K a r s t e n , Pogg. Ann. Bd. 57 </p><p>und Bd. 60 - R i e f s , Elrktr. Ringfigoren Berlin 186Z </p></li><li><p>287 </p><p>der AtlnosphPre erzeugt war , her. Nacli einigen Stunden ist dieses Leitungsverm6geii des frisch gespalteuen Glimmers verloreu gegangen , iridem jeiie aufaugliche Dainpfschicht durch eine condensirte Luftschicht verdrangt worden ist ' ). Nach deli Beobachtuiigen S a u s s u r e ' s ist die Cotidensa- tion nacb Verlauf von 24 bis 36 Stuiideu als beeiidet an- zusehen. </p><p>Nach meinen Erfabrungen hat die ersle Condensatiotis- schicht, die coharente Wasserhaut, in weit miiideriii Grade die Fahigkeit, bei der Heibuag eine daueriide %wischenlage zu bi ldm und jene inriige Beriihruiig zu verhiodern, als de- reu Ergebnifs sich das Fresseu darslellt. A l s eine leicht zu wiederholende Beobachtuog fiihre ich hier tiur an, dafs eine frisch geschabre oder gut gereinigte Metallplatte sich mit einem Polirstahle nicht wohl glatten lafst, ohiie dafs Metallheile a n deui Stahle adhiirireii und die Politur ver- derben. Das Glatteii gelingt aber sehr wobl, sobald die gereioigte Metrlltlache einige Zeit der Luft und deui Lichte ausgesetzt war. Ich erwahne hier des Lichtes, weil es mir schieo, als begiinstige dasselbe die Bildung der spatern Gassphare. </p><p>Das vorzuglichste Mittel zur Entfernuiig der Gassphare ist die Erwiirmung. Eine vollkommenere etwas umstand- liche Methode ist von F a r a d a y angegebeu. Urn gasfreie Platinbleche zu erbalten, welche die Eigeuschaft babeo, Gemenge von Wasserstoff- und Sauerstoffgas zu Wasser zu coodensiren und dabei sicb derart zu erhitzen, dafs das iibrige Gas entzfindet wird, behandelte F a r a d a y die Bleche mit kaustiscbem Kali. Das darauf geschmolzene Kali ward diirch destillirtes Wasser eutferut, die Platte in heifse Schwe- felsaure und endlich in Wasser getaocht, bis die letzten Spuren der Stiure entfernt waren. Diese Behaudlung lie- ferte sehr gute Resultate, wahrend das sorgfaltigste Abputzen nicht gentigte, reine Oberflache zu erzeugen. Solche Plat- ten, an der Luft aufbewahrt, wurdeu aber auch hier sehr bald uuwirksam. </p><p>1 ) R i e l s , Rcibungselcktricitat Bd. I1 S. 220. </p></li><li><p>288 </p><p>Nach W a i d l e kanii man einer Silberplatte die Gas- schicht n~hmen , wenn man sie mit frisch gegluhtem Tripel polirt. Die Platte, die daun nur tioch vou einer condeu- sirteii Wasserdarnpfschicht bedeckt ist, zeigt eine bl#uliche Farbung, die im Verlauf eitriger Stunden in eitie braiiuliche iiberFeht und dadurch die Bildung der Gassphare anzeigt. Wird die Silberplatte init Tripel polirt, der der Luft aus- gesetzt war, so verliert sie die braunliclie Farbung nicht. Bei dein starkerii Coiidensationsverind~eii des Metalls fin- det vieliiiehr nocli Crnsaufnahine aus den gesattigten Spha- reii dcs Tripels statt, utid gereinigte Platten d. h. solche, die bl#uliche Farbuiig besitzen, crscheiueu nach der Be- haiidluirg init diesem Tripel br%iinlich. </p><p>Die Gassplitire uiiigiebt die Korper von alleu Seiteii wie eine schiitzeiide Hulk untl empfaugt daher zunachst alle aufsern Eiiiwirkungen. Bei Beriihrung fester Kdrper bildet sie eiire Zwischenlage, die die Annaberung bis zu einer gewisseii Grsuze gestattet, die aber durch den Druck allein nicht ganz verniclitet werden kaun, daher die iiinige Beriihriing der festee Masscn verhindert. Tritt ueben dem Drucke gleichzeitig eiue Vcrschiebung i n der Richtung der Beriihrungsfl$chen, ein, so kanu die Cotitiuiritat der Gas- schicht stelleuweise allcrdiugs durchbrochen werden, und es offenbart sich diefs durch eine erhebliche Erhdhung der Molecularattraction, Erhdbung des Reibungswiderstandes. W i e fest die Gasschicht VOU den Kbrpern 'aber im Allge- meinen gebalten wird, geht schon aus dem Umstande her- vor, dafs glatte Kbrper lauge Zeit ohue Schadigung der- selben aiif einander gleiten kdnuen. Unter dem Einflusse des Drnckes kdnnen die Unebenheiteu gegllttet, die ober- flachigen Schichten vcrdichtet werdeu, Erscheinungen , die sich durch den verhderten Metallglauz zu erkenoen geben, ohue dafs die Gasschicht verloreu geht. So lange diefs vermieden wird, fiudet keine Abnutzung statt. Ich kann bier wieder an das Poliren mittelst des Polirstahls erinnern. Uuter dem Eiriflufs der Erwarmung ltidert sich der Sach- verhalt baufig. Die Wiirine, indem sie die Repulsivkrafte </p></li><li><p>289 </p><p>vermebrt, uergriifsert die Entferiiuiig dcr Cclitra der Mo- lecule. In weit hbhereni Maafse als diefs bei den festeu Kiirperii sichtbar wird, ist es bei deli Gaseu der Fall. Da- durch wird eiii g roker Theil der adharenten Gasschicht zerstijrt, uiitl eine griikere Annaherong der benachbarten Kiirper gestattet. Erwai,inte Kiirper auf einauder gleitend, zeigeti vie1 leichter clas Phaiioinen des Fresseiis, ale diesel- ben Kiirper bei niederer Teinperatur. Der Reibungswider-. stand bci trockiier Keibrine erliiiht sich iiiit der Erwarmung oft sehr merklich. </p><p>Ueber (10s .4uftretcii dcs Fressens, d. h. aller dieser Erscheinuiigeii, tt odrirch die Reibungsflacheii die uiierwiiiisch- ten Veraiitleruiigen ci-leidvii, baben die Rltereii Erperiuienta- toreii einige Erfahriingen iiiitgetlieilt. M u s s c Ii e 11 b r o e k sagt: Weni i die Kiirper troclieii sirid und iiiaii Iabt sie wit grofser Geschwiiidigkeit ubcr eiiiaiider fortgleiteu, so zeigt sich die Reibiiiig betrachtlicli grofs: ja sogar grdfser als das Gewirht, wotiiit sie ziisaniineiiqeprel'st werden. - 1 Iiel's koinine daher , weil allc Itervorspriiiecndeii Kbrper- thcilclieri sogleich abbrechcn uiid in der Beriihruugsfltiche Furchen schneideii, (la sic iiiclit Zeit haben sicb zuriickzu- bicgeii ' ). - Bei den hI o r i n'scheii Versucheii fand bei trockiier Reihuug voi i Hiilzerii jedesinal eine gegenseitige db i iu~zung dadurch statt , daCs sich ail den iiber einauder gleitenden Flacheii eine Meiige kleiiier Warzcheii voii braun- licher Farhe uiid solclier Hiirte bildeten, dds sie Furcben in die Flachen risseii, die niauchmal f bis :. Liiiie lief waren. Diese Warzcheri wurdeu nach jedem einzelnen Versuch, u m den stbreiiden Einflufs inoglichst zu vernieideii, sorgfaltig abgeriaben, wodurch sie sich in ein Pulver verwandelteii, welches sich dcr sinulicben Wahrnehmung wie sehr feiiier .Holzstaoh darbot. huch bei Reibuiig der Metalle trnt dieselbe Ersclieinung hervor; wogegen der geriiigste Fettuberzug, das blofse Abreibeii des Hol- zes iirit gegerhtein Leder hiiireichend war , die Eutste- hung jeuer Warzcbeu zu verhindern und die Reibuug be- </p><p>1) J k u y dr physique. Leyde 1739. Poggendorff's Annal . Bd. CXXI. 19 </p></li><li><p>290 </p><p>trichtlich, nianchtnal bis auf den sechsfen Theil herabzu- setzen I ). Hierher gehoren ferner die Erfahruiigen G. Ren- u i e ' s , der den Reibiingswiderstand auch fur die Falle beob- achtete, wo Abnittzung staltfand. Bis zit dem Augenblicke, an welchein Abtm1zuiig eintritt, ergab sich Proportionalitat des Druckes und Reibungswiderstaiides. Mit dem Eintritt der Abnutzung dagegen wuchs die Keibung i n eitiem weit haherein Verliiiltiiik * ). H e II 11 i e versuchte die Gr8rizeii 211 bestiinmen, bei dcnen die Ahiiutziing begiiiiit; allein die Vcrsitche...</p></li></ul>