Tarcie jest zdecydowanie bardziej złożone, niż sugerowała dotychczas nauka
Chodzi o tarcie ślizgowe, opisane w XVII wieku. Dotyczące go reguły sugerują, jakoby siła tarcia miała rosnąć proporcjonalnie do nacisku. Innymi słowy, im cięższy przedmiot, tym trudniej go przesunąć. To intuicyjna zasada, którą potwierdzają codzienne doświadczenia: przesunięcie ciężkiej szafy wymaga więcej siły niż lekkiego krzesła.
Czytaj też: Fizycy przewieźli antymaterię ciężarówką. To pierwsze takie wydarzenie w historii
Zespół badawczy odkrył jednak zjawisko, które przeczy tej regule. W eksperymencie wykorzystano dwa układy magnetyczne: jedną warstwę złożoną z elementów mogących się obracać oraz drugą – nieruchomą. Co kluczowe, warstwy te w ogóle się nie stykały. Mimo to pojawiła się między nimi siła tarcia, generowana wyłącznie przez oddziaływania magnetyczne.
Jeszcze bardziej zaskakujące okazało się to, jak ta siła się zmieniała. Zamiast rosnąć wraz ze zwiększaniem nacisku (w tym przypadku kontrolowanego poprzez zmniejszanie odległości między warstwami), tarcie było najmniejsze przy bardzo małych i bardzo dużych odległościach, a największe w pewnym punkcie pośrednim. Oznacza to, iż zależność nie jest liniowa, jak zakłada klasyczne prawo, lecz ma charakter nieliniowy i osiąga maksimum w określonych warunkach.
Nowe ustalenia i nowe zastosowania
Źródłem tego efektu są skomplikowane procesy zachodzące wewnątrz materiału. W badanym układzie momenty magnetyczne próbują ustawić się w różnych konfiguracjach – jedne preferują ustawienie równoległe, podczas gdy inne przeciwnie skierowane. Konflikt tych tendencji prowadzi do ciągłych zmian i reorganizacji struktury magnetycznej podczas ruchu. To właśnie te dynamiczne przełączenia powodują utratę energii, którą obserwujemy jako tarcie. I to mimo braku fizycznego kontaktu między powierzchniami.
Odkrycie to nie oznacza, że dotychczasowe prawo jest całkowicie błędne. W większości codziennych sytuacji nadal działa bardzo dobrze. Pokazuje jednak, iż w bardziej złożonych układach – zwłaszcza w skali mikro i nano lub w materiałach o nietypowych właściwościach – klasyczne zasady przestają być wystarczające.
Nowe wyniki mogą mieć daleko idące konsekwencje technologiczne. Jeśli tarcie da się kontrolować bez kontaktu, toruje to drogę do tworzenia urządzeń praktycznie pozbawionych zużycia mechanicznego. Potencjalne zastosowania obejmują mikrosystemy elektromechaniczne, łożyska magnetyczne czy zaawansowane materiały, w których opór ruchu można regulować zdalnie i precyzyjnie.
Źródło: Nature Materials, Eureka Alert
