Трение — одно из базовых физических явлений, с которым мы сталкиваемся каждый день. Закон Амонтона — Кулона, знакомый каждому со школьной скамьи, гласит, что сила трения между сухими поверхностями постоянна и не зависит от скорости движения. Но на практике это правило никогда не удавалось подтвердить: для большинства материалов трение все-таки немного меняется при разной скорости скольжения. Эти колебания приводят к износу механизмов и нестабильной передаче энергии.
Международная группа ученых подошла к проблеме с неожиданной стороны. В качестве материала выбрали слюду — слоистый оксид, который давно применяется как смазочное вещество. Исследователи измеряли изменения силы кинетического трения между монокристаллами слюды при нагреве от комнатной температуры до 200 °C.
Результат показал: при 200 °C сила трения стала полностью независимой от скорости скольжения. Исследователям впервые удалось добиться идеального кулоновского трения — состояния, которое считалось лишь теоретической абстракцией. Наблюдения с помощью электронного микроскопа показали, что причина кроется в волнообразных дефектах кристаллической решетки, которые называются рипплокциями.
При нагреве эти дефекты исчезают, и трение перестает реагировать на изменение скорости.
Открытие имеет большое практическое значение. Понимание связи между структурой кристаллов и поведением трения открывает путь к созданию новых смазочных материалов. Если свойства смазки не будут меняться при разных скоростях, механизмы станут работать стабильнее, а энергопотребление снизится.
Исследователи планируют расширить эксперименты на другие слоистые материалы и детальнее изучить взаимосвязь между дефектами кристаллов и силой трения. Конечная цель — вывести новый закон трения и создать энергосберегающие смазочные материалы, свойства которых не меняются при разных скоростях движения.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики впервые наблюдали трение без контакта между магнитами.