Ausflug in die raue Welt der Haftreibung

Wenn man Kork unterm Mikroskop betrachtet, sieht das aus wie der Landeanflug auf einen fernen Planeten: Eine Landschaft voller Klüfte, Risse und Felsen. Ziemlich ungemütlich und vor allem: unwegsam. Was auf dem fiktiven Planeten “Kork” die Landung so gefährlich und den Spaziergang beschwerlich macht - das ist in unserer Welt der Grund für Haftreibung.

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Die raue Welt des Planeten Kork - hier in einer Fotomontage. Die einzelnen Blöcke sind in Wahrheit nur Krümel mit einem Durchmesser von höchstens einem Millimeter.
Je rauer desto “haft”

Immer wenn sich Gegenstände, zum Beispiel zwei Klötze, berühren, kommt es zu Wechselwirkungen. Unzählige, teils mikroskopisch kleine Unebenheiten ihrer Oberflächen greifen dabei ineinander. Das funktioniert um so besser, je rauer sie sind und je besser sie zueinander passen. Denn dann gibt es besonders viele Kontaktstellen.

Versucht man nun, mit ganz wenig Kraft die Klötze gegeneinander zu verschieben, passiert erst mal gar nichts. Schiebt man aber kräftig genug, können zwei Dinge passieren: Entweder überwindet man damit die Kraft, mit der die Klötze aneinander gedrückt  werden. Dann entfernen sie sich eine Winzigkeit voneinander, und die Buckel und Kerben lösen sich. Auch ein festsitzendes Auto kommt aus dem Schlagloch erst frei, wenn man genug Gas gibt. Die zweite Möglichkeit: Die Buckel und Zacken geben nach oder brechen gar ab. Dann verrutschen die Klötze trotz der Kraft, die sie zusammenpresst.

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Je mehr Berührungspunkte zwischen zwei unregelmäßigen Oberflächen liegen um so besser “verhaken” sie sich.

Die Haftreibung hängt aber nicht nur von der Rauigkeit, sondern auch von der Konsistenz der Oberflächen ab. Bei harten Materialien können die zufällig verteilten Unebenheiten nur sehr wenig ineinander greifen. Anders bei Kork oder Gummi: Mit zunehmendem Druck passen sich hier die Unebenheiten einander an. Anzahl und Fläche der Berührungsstellen nehmen zu, die Buckel und Kuhlen verbinden sich praktisch auf voller Fläche. Auch ein Auto schafft den den Steilhang nur, weil sich der Reifengummi in die Steinchen des Asphalts verkrallt.

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Elastische Materialien haben meist eine höhere Haftreibung, weil sich die unregelmäßig geformten Oberflächen unter Druck einander anpassen. So entstehen zusätzliche Kontaktstellen
Glatt - und doch haftfähig!

Eine überraschend Ausnahme von der Regel “je rauer desto haftfähig” sind extrem glatt geschliffene Metall, Glas- oder Keramikoberflächen. Sie kleben regelrecht zusammen. Der Grund sind elektrische Anziehungskräfte. Ihre Reichweite ist extrem klein, weshalb sie normalerweise nicht auffallen. Wenn aber die Unregelmäßigkeiten kaum größer als die Moleküle selbst sind, wird der Spalt zwischen den Oberflächen sehr klein. Klein genug, dass die Elektronen ihre elektrischen Felder über den Spalt hinweg spüren und ihren Tanz aufeinander abstimmen. Eigentlich ist das aber keine “Haftreibung” mehr, sondern Adhäsion.