Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Открыты законы, объясняющие загадочный эффект сверхскользкости
Ученым Сколтеха удалось объяснить, почему очень слабое трение подчиняется иным законам, нежели обычное трение, известное нам из школьной программы по физике. Исследователи сформулировали альтернативные законы трения, которые, помимо других необычных закономерностей, показывают, что увеличение веса тела, скользящего по поверхности, не обязательно приводит к увеличению трения. Понимание микроскопических механизмов трения может послужить основой для создания методов управления сверхслабым трением и его использования во многих механизмах, что приведет к значительной экономии энергии в мировом масштабе.
Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. На интуитивном уровне нам понятна суть так называемого закона трения Амонтона — Кулона, проявления которого мы постоянно наблюдаем в повседневной жизни. Согласно этому закону, сформулированному более 300 лет назад, чем больше вес перемещаемого по поверхности тела, тем больше трение.
«Как это ни удивительно, но этот закон неприменим к случаю так называемой сверхскользкости, когда трение уменьшается до чрезвычайно малых величин. В условиях сверхскользкости трение на несколько порядков меньше, чем при обычных условиях. И тогда оказывается, что оно вообще не зависит от веса тела. Можно увеличить вес в тысячи раз, например с одного килограмма до нескольких тонн, но трение не изменится и останется таким же, как при весе в один килограмм. Это необычайно интересное явление требует теоретического обоснования», — отмечает первый автор исследования, профессор Сколтеха Николай Бриллиантов.
Ученые обнаружили, что сверхскользкость обладает и другими интересными свойствами, противоречащими привычному закону Амонтона — Кулона. Одно из них — неожиданная зависимость силы трения от скорости скольжения, температуры и площади соприкосновения.
Группе ученых Сколтеха во главе с Николаем Бриллиантовым удалось разгадать тайну сверхскользкости, выполнив комплексное исследование, которое включало серию экспериментов, проведенных группой профессора Альберта Насибулина, численное моделирование, выполненное научным сотрудником Алексеем Цукановым из группы профессора Бриллиантова, а также теоретическое обоснование феномена сверхскользкости, разработанное самим Бриллиантовым.
Ученые раскрыли атомистический механизм, объясняющий независимость силы трения от веса тела, и сформулировали альтернативные законы трения для сверхскользкости. Несмотря на явные расхождения с законом Амонтона — Кулона, новые законы хорошо описывают наблюдаемое явление.
Объяснить этот загадочный феномен простыми словами можно так. Сверхскользкость характерна для очень гладких поверхностей, гладких на атомарном уровне. Такую поверхность имеет, например, знаменитый двумерный углеродный материал графен. Более того, соприкасающиеся поверхности должны обладать разными рисунками шероховатости на атомарном уровне: выпуклости на одной поверхности не должны соответствовать углублениям на другой. Если они совпадут, поверхности прочно сцепятся и без значительного усилия скольжения не будет. А поверхности с несовпадающими шероховатостями не сцепляются и скользят легко.
Но трение может возникать и в результате тепловых колебаний. Тепловые колебания поверхностей при контакте заметно увеличивают их шероховатость на атомарном уровне, что затрудняет перемещение двух поверхностей относительно друг друга. Ученые Сколтеха продемонстрировали, что важны не все температурные колебания, а лишь те, при которых обе поверхности синхронно изгибаются, оставаясь в плотном контакте. Такие колебания требуют минимальной энергии и не зависят от весовой нагрузки скользящего тела. Этим и объясняется независимость трения от веса тела.
Более того, при скольжении поверхностей относительно друг друга тепловые синхронные колебания образуют «поверхностные складки», которые необходимо «разгладить», чтобы двигаться. Для этого требуется энергия, которая рассеивается в объеме материала в виде тепла, что приводит к возникновению диссипативной силы трения, пропорциональной скорости движения.
Чем выше температура поверхностей, тем больше амплитуда синхронных колебаний. Чем больше площадь контакта, тем больше число поверхностных колебаний, препятствующих движению поверхностей относительно друг друга. На основе количественного анализа этих эффектов и были сформулированы законы сверхскользкости, представленные в статье ученых из Сколтеха.
Telegram 
Дзен 
VK Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Кэтлин Рубинс выступила перед комитетом Национальных академий США и рассказала, что не так с новыми скафандрами для близкой высадки американцев на Луне. Учитывая ее 300-дневный опыт пребывания в космосе, критика выглядит довольно обоснованной. В прошлом году Рубинс ушла с поста руководителя отделения внекорабельной деятельности отдела астронавтов, где она участвовала в разработке новых лунных скафандров.
Американские эпидемиологи выяснили, как привычка выпивать влияет на кишечник в долгосрочной перспективе. Оказалось, постоянное тяжелое пьянство повышает вероятность развития рака прямой кишки почти в два раза. В то же время отказ от алкоголя, даже в зрелом возрасте, реально снижает риск появления предраковых полипов.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
В зоопарках звери доживают до старости и выбывают из программ глобального сохранения видов, потому что не могут размножаться. Это ставит под угрозу усилия по поддержанию популяций редких видов.
Кэтлин Рубинс выступила перед комитетом Национальных академий США и рассказала, что не так с новыми скафандрами для близкой высадки американцев на Луне. Учитывая ее 300-дневный опыт пребывания в космосе, критика выглядит довольно обоснованной. В прошлом году Рубинс ушла с поста руководителя отделения внекорабельной деятельности отдела астронавтов, где она участвовала в разработке новых лунных скафандров.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Хотя зоологи уже не раз наблюдали использование орудий у относительно близких к людям видов, — от приматов до свиней — коровы до сих пор не были за этим замечены. Теперь ситуация изменилась: оказалось, что они могут использовать многоцелевые орудия по-разному, в зависимости от обстоятельств.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно