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Die mysteriösen Ursprünge der Tribologie: Warum haben die Wissenschaftler der Antike die Geheimnisse der Reibung gelüftet?
Die Tribologie, die wissenschaftliche und technische Untersuchung von Reibungs-, Schmierungs- und Verschleißphänomenen, enthüllt die komplexe Dynamik interagierender Oberflächen in relativer Bewegung. Als hochgradig interdisziplinäres Fachgebiet vereint die Tribologie Erkenntnisse aus vielen Disziplinen, etwa aus der Physik, Chemie, Materialwissenschaft, Biologie und dem Ingenieurwesen. Obwohl die Tribologie in der modernen Wissenschaft eine wichtige Stellung einnimmt, ist das Verständnis von Reibung tief in der antiken Zivilisation verwurzelt, was die Menschen zu der Frage veranlasst: Warum konnten die Wissenschaftler der Antike das Geheimnis der Reibung schon so früh verstehen?
Etwa 20 % des weltweiten Energieverbrauchs sind auf Reibung zurückzuführen und ihre Auswirkungen erstrecken sich auf verschiedene Bereiche wie Transport, Fertigung und Stromerzeugung.
Der Ursprung der Tribologie
Das Wort Reibung kommt vom lateinischen Wort „frictionem“, was Reibung bedeutet, und bezieht sich auf verschiedene Phänomene, die Wärme erzeugen und einer Relativbewegung entgegenwirken können. Obwohl der Begriff Tribologie erst 1966 von Peter Jost geprägt wurde, lässt sich die quantitative Untersuchung der Reibung bis ins Jahr 1493 zurückverfolgen. Leonardo da Vinci beobachtete damals zum ersten Mal zwei grundlegende Reibungsgesetze, diese Entdeckungen wurden jedoch erst viel später offiziell veröffentlicht.
Geimer Amonton veröffentlichte 1699 erstmals die beiden grundlegenden Gesetze der Reibung: dass die Reibungskraft proportional zur auf die Kontaktflächen ausgeübten Last ist und dass die Reibungskraft unabhängig von der tatsächlichen Kontaktfläche zwischen den Oberflächen.
Diese Gesetze wurden später von Charles Augustin de Coulomb erweitert, der die Effekte von statischer und kinetischer Reibung berücksichtigte. Im Laufe der historischen Entwicklung hat sich die Tribologie von einer einzigen mechanischen Anwendung zu neuen Bereichen wie der Mikro-Nanotechnologie und der Biomedizin entwickelt, was ihr breites Anwendungspotenzial und ihre Bedeutung zeigt.
Entwicklung und Einfluss der Tribologie
Weitere Entwicklungen in der Tribologie standen in engem Zusammenhang mit der Veröffentlichung des Jost-Berichts im Jahr 1966. Der Bericht offenbarte die erheblichen Auswirkungen von Reibung, Verschleiß und Korrosion auf die britische Wirtschaft und veranlasste die Regierung zur Einrichtung mehrerer nationaler Zentren zur Bekämpfung der Tribologie. Nachfolgende Studien haben gezeigt, dass Reibung und Verschleiß noch immer eine wichtige Rolle beim weltweiten Energieverbrauch, den wirtschaftlichen Ausgaben und den Kohlendioxidemissionen spielen.
Laut einer Studie aus dem Jahr 2017 sind etwa 23 % des weltweiten Energieverbrauchs auf Reibungskontakt zurückzuführen, davon 20 % auf die Überwindung von Reibung und 3 % auf die Reparatur verschlissener Teile.
Darüber hinaus könnte der Einsatz neuer Technologien zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß den weltweiten Energieverbrauch um 40 % senken. In den Sektoren Verkehr und Stromerzeugung dürften kurzfristig Energieeinsparungen von 25 bzw. 20 Prozent möglich sein.
Grundlegende Konzepte der Tribologie
Einer der Kernbegriffe der Tribologie ist das „Reibsystem“. Bei der Untersuchung tribologischer Systeme werden relevante Parameter wie Reibung, Schmierung und Verschleiß berücksichtigt, wodurch experimentelle und theoretische Forschung in der Tribologie möglich wird.
Die Bildung eines Tribofilms spielt eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von Reibung und Verschleiß und stellt zugleich eine wichtige Grundlage der Tribologie dar.
Rückblick und Ausblick
Die Geschichte der Tribologie offenbart nicht nur die Weisheit der Wissenschaftler der Antike, sondern demonstriert auch die unermüdlichen Anstrengungen der Menschheit in der wissenschaftlichen Erforschung. Mit dem technologischen Fortschritt wird die Tribologie in Zukunft mit mehr Anwendungen und Herausforderungen konfrontiert sein. Können wir in Zukunft mit der Entwicklung neuer Materialien und Technologien wirksamere Wege zur Kontrolle der Reibung finden und dieses Wissen zur Verbesserung unseres Lebens nutzen?
