La fricción es responsable de aproximadamente el veinte por ciento del consumo mundial de energía. La razón principal de esto es que las fuerzas de fricción ralentizan el movimiento de las superficies en contacto: piense en las partes móviles del motor de un automóvil. Hace más de quinientos años, Leonardoda Vinci fue la primera persona en estudiar la fricción de manera sistemática. Muchos ingenieros todavía utilizan el principal resultado de Da Vinci: la fricción es proporcional a la fuerza normal. Es decir: cuando dos objetos se presionan dos veces más, la fricción también se duplica. Investigadoresdel UvA Institute of Physics, el UvA Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences, el MicroTribology Center µTC en Friburgo y el Karlsruhe Institute of Technology ahora han estudiado esta proporcionalidad entre la fricción y la fuerza normal más de cerca, utilizando moléculas que luminiscentes bajo presión.
Al comprender la fricción, el concepto de rugosidad de la superficie juega un papel crucial. A escala molecular, casi todas las superficies son rugosas: desde cerca, esa superficie parece un paisaje montañoso. La fricción solo surge en los lugares donde se encuentran las cimas más altasLas dos superficies deslizantes se tocan.
Para estudiar este proceso en detalle, los investigadores diseñaron un experimento modelo en el que se puso en contacto una superficie esférica rugosa con una superficie de vidrio plano. La característica especial de este experimento fue que se agregó una sola capa de moléculas de tinte sensibles al contactosuperficie de vidrio. Estas moléculas emiten luz fluorescente cuando se les aplica presión. Esto permitió a los investigadores trazar con mucha precisión dónde la superficie esférica rugosa tocó la superficie de vidrio plano ver figura 1 y cómo cambió el contacto cuando se aplicó más presión.
Cuando se aplica una mayor fuerza normal presión, las 'cimas' en la superficie esférica se aplanan más, lo que resulta en un área de contacto más grande entre la esfera y la placa de vidrio. La interpretación habitual de la proporcionalidad de Da Vinci entre la fricción y la normalidadla fuerza es que ambas fuerzas son proporcionales a esta área de contacto: la aplicación del doble de la presión da como resultado el doble del área de contacto y, por lo tanto, el doble de la fricción.probado con alta precisión. Los investigadores ahora muestran que las teorías existentes se quedan cortas: la fricción es proporcional al área de contacto, como se esperaba, pero el área de contacto resulta no ser proporcional a la fuerza normal.
Los resultados de la investigación muestran que una mejor comprensión de la fricción requiere cambios en los modelos existentes, de modo que se pueda reproducir la relación medida entre el área de contacto y la fuerza normal. Los resultados se han publicado esta semana en Nature Communications.
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Materiales proporcionado por Universiteit van Amsterdam UVA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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