Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktualita z fyziky: Tření má paměť

Vědci použili při experimentování dvě průhledné akrylátové destičky ležící na sobě. Když posvítili na rozhraní, měli možnost měřit plochu kontaktu (foto: Harvard University)

K nečekanému zjištění došli během experimentů fyzici z Harvardovy univerzity. Tření mezi dvěma povrchy má podle nich „paměť“. Znamená to, že síla tření může záviset nejen na okamžitém stavu rozhraní, ale také na tom, jak se příslušné rozhraní do určitého stavu dostalo.

Velikost třecí síly mezi dvěma povrchy je přímo úměrná ploše kontaktu. Mikroskopické nerovnosti mezi povrchy se postupně s časem vyrovnávají, čímž se zvětšuje plocha kontaktu a tím i třecí síla. Při tomto procesu, kterému se obvykle říká stárnutí, roste třecí síla logaritmicky s časem. Pozorované chování se tedy dá vždy popsat logaritmickou závislostí a velikost logaritmu je úměrná aplikované síle.

Fyzici z Harvardu ve svých experimentech použili dvě průhledné akrylátové destičky ležící na sobě. Když posvítili na rozhraní, měli možnost měřit plochu kontaktu. V prvním experimentu aplikovali konstantní sílu kolmou k rozhraní, která tlačí obě destičky k sobě. Po určité době tuto normálovou sílu zmenšili. A čekalo je velké překvapení.

Působením konstantní zmenšené síly se plocha kontaktu po určitou dobu zmenšovala, ale potom začala spontánně růst. Vědci experiment několikrát zopakovali s různě dlouhými časovými intervaly před zmenšením působící síly a s různě velkými silami. Z výsledků jasně vyplynulo, že systém si „pamatuje“, jak se dostal do určitého stavu, a že rozhodující roli hraje historie jeho vývoje, a nikoliv současný stav.

Na vzorek následně vědci aplikovali rostoucí stranovou střihovou sílu tak dlouho, dokud po sobě destičky nezačaly vzájemně klouzat. To jim umožnilo měřit koeficient statického tření, který by měl být přímo úměrný ploše vzájemného kontaktu. Také v tomto případě se objevil paměťový efekt. Po snížení působící síly tření kleslo a pak opět stouplo. Překvapující bylo, že naměřené změny neprobíhaly současně se změnou plochy kontaktu. Potvrdilo se tak, že tření roste, zatímco plocha kontaktu ještě klesá.

Zjištění, že dvě nějak provázané hodnoty se mohou vyvíjet obráceným směrem, bylo velkým překvapením. Za tuto nesrovnalost podle fyziků nejspíš může to, že určité oblasti rozhraní jsou ve vztahu ke tření důležitější než ostatní. K tomu, aby dokázali lépe porozumět záhadným výsledkům, použili vědci univerzální model stárnutí neuspořádaných systémů. Ten už dříve využili pro popis systémů podobných sklu, jako je zmačkaný papír nebo elastický pěnový materiál.

Tato teorie je fenomenologická, to znamená, že se netýká pouze jednoho fyzikálního procesu, ale spíše celé skupiny. Deformace plastů, adhezivní spojování a jiné analogické teplotně aktivované procesy mohou přispívat ke stárnutí materiálů nebo paměťovému efektu. Za tímto chováním může ve skutečnosti stát několik procesů.

Nové výsledky by mohly mít vliv na to, jak fyzici charakterizují tření v nejrůznějších materiálech a fyzikálních systémech od mikrozařízení až třeba po ryze makroskopický jev, jakým je zemětřesení.

Původní výsledky jsou uveřejněny v Physical Review Letters.


Mohlo by vás zajímat:

Přírodní jaderné reaktory
Jak příroda varuje před katastrofami
Ultrarychlý grafenový bolometr
Permitivita vody trochu jinak

Kompletní archiv Aktualit z fyziky

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop