Gli esperimenti di Sam Dillavou e Shmuel Rubinstein presso l'Università di Harvard hanno rivelato per la prima volta che l'attrito tra due superfici ha una "memoria". Ciò significa che la forza può dipendere non solo dallo stato attuale dell'interfaccia, ma anche da come l'interfaccia ha raggiunto il suo stato attuale.
Questa nuova intuizione potrebbe influire sul modo in cui i fisici caratterizzano l'attrito in materiali come roccia, metalli e carta e si applicano a una vasta gamma di sistemi fisici, dalle micromacchine ai terremoti.
Area di contatto
La quantità di attrito generata da due superfici è direttamente correlata alla loro area di contatto. Le irregolarità microscopiche nelle superfici sono gradualmente appiattite con il passare del tempo, aumentando l'area di contatto e aumentando quindi l'attrito.
In queste condizioni, l'area di contatto, e quindi l'attrito, aumenta logaritmicamente con il tempo in un processo noto come invecchiamento. "Il comportamento osservato è sempre logaritmico", spiega Dillavou, "con la grandezza del logaritmo proporzionale alla forza applicata".
Nei nuovi esperimenti, Dillavou e Rubinstein usavano due lastre acriliche trasparenti, una sopra l'altra. Illuminando la luce dell'interfaccia, possono misurare l'area di contatto. In un esperimento hanno applicato una forza normale costante, che ha spinto le lastre insieme. Dopo un certo periodo di tempo, i ricercatori hanno ridotto la forza normale a un valore inferiore. Sorprendentemente, "sotto il secondo carico costante, l'area di contatto si è ridotta per un po 'di tempo, poi ha iniziato spontaneamente a crescere", dice Dillavou.
Ripetendo gli esperimenti con diversi tempi di attesa prima di ridurre il carico e le diverse forze, divenne chiaro che il sistema aveva "ricordato" come raggiunse il suo stato attuale e si stava evolvendo in base alla sua storia, non solo al suo stato attuale.
Successivamente, i ricercatori hanno condotto gli stessi test, ma hanno applicato una forza di taglio laterale crescente su un blocco finché l'interfaccia non è scivolata. Ciò ha permesso loro di misurare il coefficiente di attrito statico, che dovrebbe corrispondere direttamente con l'area di contatto.
Ancora una volta l'attrito è caduto e si è rialzato dopo la riduzione del carico, esibendo lo stesso effetto memoria. Sorprendentemente, tuttavia, questo cambiamento non si è verificato in tandem con l'area di contatto. Infatti, l'attrito è aumentato mentre l'area di contatto ha continuato a cadere.
"Trovare che i due valori potessero evolversi in direzioni opposte è stata una sorpresa", dice Dillavou, che attribuisce la discrepanza a certe aree dell'interfaccia che sono più importanti di altre per quanto riguarda l'attrito.
Sistema vetroso
Per comprendere questi sconcertanti risultati sperimentali in modo più dettagliato, il team si è rivolto a un modello universale per l'invecchiamento nei sistemi disordinati. Utilizzata in precedenza per descrivere sistemi "vetrosi" come carta stropicciata e schiume elastiche, la teoria era anche in grado di spiegare i risultati degli esperimenti di attrito.
"La teoria è fenomenologica, nel senso che non si tratta di un singolo processo fisico, ma piuttosto di una classe di processi", spiega Dillavou. Quindi, lo scorrimento viscoso della plastica, l'incollaggio adesivo o qualsiasi processo analogo attivato termicamente potrebbero contribuire agli effetti di invecchiamento, de-invecchiamento e memoria a cui è stato sottoposto. "Il processo che genera questo comportamento onnipresente può in realtà essere diversi processi", riflette Dillavou.
Hiroshi Matsukawa della Aoyama Gakuin University in Giappone, trova i risultati "molto interessanti" e crede di poter "aprire un nuovo mondo di tribologia in relazione alle dinamiche vetrose".
Articolo: relazione PhysicsWorld
Tramite Resonance.is
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