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 Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Новые данные о «тренировочной» миссии перед возвращением американцев на Луну показали, что NASA пока не может использовать системы жизнеобеспечения самого большого космического корабля в истории. Это ставит вопрос о том, возможна ли высадка астронавтов на Селене в намеченные сроки и вообще до 2029 года.
Наблюдение за спонтанным движением пешеходов в двух таких разных странах, как Испания и Япония, позволило ученым сделать неожиданное открытие: при прочих равных условиях подавляющее большинство людей подсознательно предпочитают повороты против часовой стрелки. Биологические причины такого врожденного сценария поведения пока не ясны.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Новые данные о «тренировочной» миссии перед возвращением американцев на Луну показали, что NASA пока не может использовать системы жизнеобеспечения самого большого космического корабля в истории. Это ставит вопрос о том, возможна ли высадка астронавтов на Селене в намеченные сроки и вообще до 2029 года.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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