Reibung Rollen ohne Schlupf
Ein Vollzylinder auf einer Ebene mit 30° braucht einen Haftreibungskoeffizienten von mindestens etwa 0,19, um ohne Schlupf zu rollen. Geben Sie Neigungswinkel und Trägheitsfaktor der Form ein und erhalten Sie dieses Minimum, ganz ohne Masse, Radius oder Schwerkraft. Kostenlos in Ihrem Browser.
- Kostenlos
- Läuft in Ihrem Browser
- Ohne Anmeldung
- Ihre Daten bleiben auf Ihrem Gerät
Im Browser ausführen – kostenlos
Rechenbeispiel
- Winkel
- 30
- K
- 0,5
- Theta
- 30
- Winkel (Grad)
- 30
- Winkel (rad)
- 0,5235987756
- Trägheitsfaktor
- 0,5
Ein Rechner für die nötige Reibung beim Rollen ohne Schlupf beantwortet eine klassische Starrkörper-Hausaufgabe: wie groß muss der Haftreibungskoeffizient sein, damit ein Zylinder, eine Kugel, ein Reifenring oder ein anderer Körper rein auf einer schiefen Ebene abrollt, statt beim Drehen zu gleiten. Geben Sie den Neigungswinkel in Grad und den dimensionslosen Trägheitsfaktor k gleich I über m R zum Quadrat der untersuchten Form ein, und das Werkzeug liefert das für reines Rollen nötige minimale mu, zusammen mit dem Rollfaktor k über eins plus k, dem Tangens des Winkels, einer eingesetzten Gleichung und geordneten Schritt-Zeichenketten, die Sie in Arbeitsblätter oder automatisierte Tests einfügen können. Eine senkrechte Wand bei neunzig Grad wird ebenfalls abgelehnt, weil tan von theta dort undefiniert ist. Fehlende Felder, nicht endliche Werte, negative Winkel und nicht positive Trägheitsfaktoren werden abgelehnt, bevor irgendein Verhältnis veröffentlicht wird.
Was μ_min = (k/(1+k)) tan θ für reines Rollen auf einer schiefen Ebene bedeutet
Wenn ein starrer Körper der Masse m und des Außenradius R ohne Schlupf eine feste schiefe Ebene mit Winkel theta hinabrollt, ruht der Kontaktpunkt momentan relativ zur Fläche. Newtons zweites Gesetz längs der Ebene und die Momentengleichung um den Massenschwerpunkt schließen sich mit der kinematischen Rollbedingung a gleich R alpha. Schreibt man das Trägheitsmoment als I gleich k m R zum Quadrat, entsteht der einzige dimensionslose Trägheitsfaktor k, der Vollkugel, Vollzylinder, dünnen Reifenring und andere Standardformen unterscheidet.
Löst man die Haftreibungskraft, die diese Bindung erzwingt, erhält man f gleich (k über eins plus k) mal m g sin theta. Jeder statische Koeffizient mindestens dieser Größe kann die nötige Kraft ohne kinetisches Gleiten liefern; ein kleinerer Koeffizient bedeutet, dass der Körper gleiten und drehen muss. Der Rechner implementiert nur diese geschlossene Form: er schlägt keine Gummi-auf-Beton-Tabellen nach, rechnet keine Einheiten um und integriert keine Mehrkörper-Kontaktmodelle.
Typische Lehrbuchwerte von k sind zwei Fünftel für eine Vollkugel, ein Halb für einen Vollzylinder oder eine Scheibe um ihre Achse, zwei Drittel für eine dünne Kugelschale und eins für einen dünnen Reifenring oder eine dünne Zylinderschale. Weil die Gravitation kürzt, geben Sie g nie ein; nur Winkel und k bestimmen den Grenzreibungskoeffizienten.
Anwendungsfälle
Unit-Tests für Roll-Helfer in Physik-Engines
Erzeugen Sie bekannte gute Winkel-k-Paare sowie absichtliche Ablehnungen über neunzig Grad für erwartete Werte in Starrkörper-Katas und Fahrzeugsimulations-Stubs.
Häufige Fragen
Welche Formel nutzt der Rechner für Reibung beim Rollen ohne Schlupf?
Er nutzt μ_min = (k / (1 + k)) · tan(θ), wobei θ der Neigungswinkel in Grad ist und k = I/(m R²) der dimensionslose Trägheitsfaktor des rollenden Körpers.
Was passiert, wenn der Neigungswinkel neunzig Grad überschreitet?
Winkel größer als 90° werden per Produktregel abgelehnt, und 90° wird ebenfalls abgelehnt, weil tan(θ) für eine senkrechte Wand undefiniert ist.
Was ist der Trägheitsfaktor k?
k ist I geteilt durch m R zum Quadrat des Körpers um die Rotationsachse durch den Massenschwerpunkt. Übliche Werte: Vollkugel 2/5, Vollzylinder 1/2, dünne Kugelschale 2/3, dünner Reifenring 1.
Brauchen Sie Masse, Radius oder Gravitation als Eingaben?
Nein. Masse und Gravitation kürzen sich im Verhältnis f/N, und der Radius steckt bereits in der Definition von k. Nur angle und k sind erforderlich.
Was passiert, wenn der Reibungskoeffizient kleiner als das Minimum ist?
Dann kann der Körper nicht rein rollen, sondern rutscht, während er sich dreht. Jeder Haftreibungskoeffizient ab dem berechneten Minimum liefert die nötige Kraft, ein kleinerer lässt den Kontaktpunkt gleiten.
Verwandte Tools
Für Entwickler — API-Zugang
Alles auf dieser Seite ist auch per API verfügbar. Dieser Abschnitt richtet sich an Teams, die es in ihre eigenen Systeme einbinden möchten; alle anderen nutzen einfach das Tool oben.
Endpunkt
Authentifizierung per Bearer-Token. Ein einziger POST stellt die Aufgabe in die Warteschlange; das Ergebnis erhalten Sie per Webhook oder über einen signierten Link.
Aufruf aus Ihrem Stack
curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/mech/rolling-friction-needed \
-H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"angle":30,"k":0.5}'const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/mech/rolling-friction-needed", {
method: "POST",
headers: {
"Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
"Content-Type": "application/json"
},
body: JSON.stringify({
"angle": 30,
"k": 0.5
})
});
const { task_id } = await res.json();import os, requests
res = requests.post(
"https://api.kit.forhosting.com/mech/rolling-friction-needed",
headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
json={
"angle": 30,
"k": 0.5
},
)
task_id = res.json()["task_id"]<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/mech/rolling-friction-needed", false, stream_context_create([
"http" => [
"method" => "POST",
"header" => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
"content" => '{"angle":30,"k":0.5}',
],
]));
$task = json_decode($res, true);body := bytes.NewBufferString(`{"angle":30,"k":0.5}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/mech/rolling-friction-needed", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)Beispiel-Anfrage
{
"angle": 30,
"k": 0.5
}Beispiel-Antwort
{
"task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
"type": "mech.rolling_friction_needed",
"status": "queued",
"_links": {
"result": "/tasks/tsk_…/result"
}
}Die API arbeitet asynchron: Sie erhalten sofort eine task_id. Polling ist mit 1 Anfrage pro Sekunde erlaubt.
Preis
Der Preis steht auf der Seite – keine Tokens, keine Credits. Fehlgeschlagene Aufgaben werden nicht berechnet.
Fehler
| HTTP | Code | Bedeutung |
|---|---|---|
401 | unauthorized | Der API-Schlüssel fehlt oder ist ungültig – prüfen Sie den Authorization-Header (Bearer). |
402 | insufficient_balance | Ihr Guthaben reicht für diese Aufgabe nicht aus – Aufladungen verfallen nicht. |
404 | unknown_type | Unbekannter Aufgabentyp – prüfen Sie das Feld „type“ gegen den Katalog. |
429 | rate_limited | Zu viele Anfragen – warten Sie kurz; Polling ist mit 1 Anfrage pro Sekunde erlaubt. |
Technische Hinweise
Übersteigt der Winkel neunzig Grad, schlägt die Anfrage mit invalid_input fehl, damit unsinnige Geometrien nie stillschweigend einen Koeffizienten erfinden. Der Preis ist pauschal $0.002 pro erfolgreicher API-Anfrage; fehlgeschlagene Validierung wird nie berechnet.
Was μ_min = (k/(1+k)) tan θ für reines Rollen auf einer schiefen Ebene bedeutet
Division durch die Normalkraft N gleich m g cos theta kürzt Masse und Gravitation und liefert die kompakte Entwurfsformel mu_min gleich (k über eins plus k) mal tan theta.
Wie Sie die API aufrufen und was die Antwort enthält
Absolutwerte müssen innerhalb der veröffentlichten Grenze von einer Billion bleiben. Der Trägheitsfaktor k muss streng positiv sein. Senden Sie einen JSON-Body mit den erforderlichen endlichen Feldern angle in Grad (Aliasse theta, incline, incline_angle und theta_deg) und k dem Trägheitsfaktor (Aliasse inertia_factor, beta, kappa und I_over_mR2). Der Neigungswinkel muss null kleiner oder gleich theta kleiner als neunzig Grad erfüllen, damit ein reiner Rollkoeffizient gelingt; Werte streng größer als neunzig Grad scheitern mit invalid_input laut Produktbrief, und genau neunzig Grad scheitert, weil tan von theta an einer senkrechten Wand undefiniert ist. Bei Erfolg spiegelt die Antwort gerundetes angle und k, spiegelt sie als theta, angle_deg und inertia_factor, meldet angle_rad, rolling_factor gleich k über eins plus k, tan_theta und setzt mu_min, mu und minimum_friction_coefficient auf dasselbe dimensionslose Ergebnis. Fehlgeschlagene Validierung—fehlendes Feld, nicht endliche Zahlen, Werte außerhalb absoluter Grenzen, negativer Winkel, nicht positives k oder Winkel größer oder gleich neunzig—liefert invalid_input und wird nie berechnet. Der Preis ist pauschal $0.002 pro erfolgreicher Anfrage mit Einheit item. Bevorzugen Sie JSON-Zahlen, wenn Sie den Client steuern; Zahlen-Strings werden nur bei strengem endlichem Muster für Hausaufgaben-Formular-Einfügepfade akzeptiert.
Praktische Tipps, Lehrbuchchecks und verwandte Suchen
Verwenden Sie Grad für die schiefe Ebene, passend zur Unterrichtssprache und zu den Geschwister-Werkzeugen für die schiefe Ebene; wandeln Sie selbst aus Radiant um, wenn Ihre Quelldaten SI-Winkelmaß nutzen. Halten Sie angle und k im veröffentlichten Absolutbereich, damit das Produkt aus Rollfaktor und Tangens in IEEE-Doppelpräzision auf dem Worker und im Browser endlich bleibt. Kombinieren Sie Unterrichtsbeispiele absichtlich: dreißig Grad mit k gleich ein Halb (Vollzylinder) liefert ein bekanntes mittleres mu_min nahe null Punkt eins neun; dreißig Grad mit k gleich zwei Fünftel (Vollkugel) liefert einen etwas kleineren Wert, weil mehr vom Energie- und Trägheitsbudget translatorisch ist. Ein Winkel von einhundert Grad zeigt den harten invalid_input-Pfad, der nötig ist, wenn der Winkel neunzig überschreitet. Beim Unterrichten von reinem Rollen behandeln Sie dieses Werkzeug nur als Reibungs-Schwellen-Schritt: verlangt die Quellaufgabe auch die Beschleunigung, berechnen Sie a gleich g sin theta über eins plus k getrennt, nachdem Sie bestätigt haben, dass das verfügbare mu mindestens mu_min ist. Diese Seite zielt auf Suchende nach Reibung für Rollen ohne Schlupf, minimalem mu für reines Rollen auf einer schiefen Ebene oder einem Rollrechner mit Trägheitsfaktor; sie ist keine Materialhandbuch-Abfrage, kein vollständiger Mehrkörper-Kontaktsolver und kein Einheitenumrechner. Bevorzugen Sie diese Fähigkeit, wenn Sie den Formfaktor k bereits kennen und nur den Grenzkoeffizienten brauchen; misst Ihr Labor statisches mu und wollen Sie prüfen, ob reines Rollen möglich war, vergleichen Sie diesen Messwert mit dem hier gelieferten mu_min. Fehlgeschlagene Aufgaben mit invalid_input verbrauchen kein vorausbezahltes Guthaben, was explorative Skripte günstig hält, wenn Lernende absichtlich Winkel über neunzig setzen. Hin- und Rückchecks sind einfach: rechnen Sie (k über eins plus k) mal tan von theta in Grad von Hand nach und bestätigen Sie die Gleichheit mit dem veröffentlichten mu_min unter derselben Zwölf-Dezimal-Rundung der Antwort.
Integrationsbeispiele
Hausaufgaben-Checks für reines Rollen auf schiefen Ebenen
Lernende geben Neigungswinkel und Formfaktor k für Zylinder, Kugeln und Ringe ein und vergleichen dimensionsloses mu_min sowie Substitutions-Schritte mit den Lehrbuch-Ableitungen für reines Rollen vor der Abgabe.
Labor-Vorcheck vor Messung der Oberflächenreibung
Pipelines berechnen zuerst das theoretische mu_min einer bekannten rollenden Probengeometrie und vergleichen dann die gemessene Haftreibung auf derselben schiefen Ebene mit dieser Schwelle, um zu entscheiden, ob reines Rollen möglich war.
Technische Fragen
Ist der Rechner für Reibung beim Rollen ohne Schlupf kostenlos?
Das Browser-Werkzeug ist kostenlos und läuft lokal. API-Aufrufe nutzen vorausbezahltes KIT-Guthaben zu $0.002 pro erfolgreicher Anfrage; fehlgeschlagene Aufgaben werden nie berechnet.