Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

En ny teori beskriver isens glatte oppførsel

Anonim

Vinteren kommer, lovende de vanlige bouts av frossen nedbør for nordlige steder. Slickness av snø og is er en stor smerte hvis du kjører, flyr eller går, men det kan være mye moro hvis du stropper på et par ski.

annonse


Bo Persson, forsker ved Jülich Research Center i Tyskland, har kommet opp med en ny teori som beskriver hvordan glatt is blir når et hardt materiale som en ski glir over det. Teorien stemmer godt overens med eksperimentelle data, og kan bidra til å designe bedre glidende systemer, for eksempel de nevnte skiene. Det kan også bidra til en grunnleggende forståelse av isfriksjon som kan bidra til å forklare bevegelsen av isbreer og andre naturlige prosesser.

Persson rapporterer sine resultater i The Journal of Chemical Physics, fra AIP Publishing.

Å si at isen er glatt, er bare en annen måte å si at den har lav friksjon, men å forutsi isfriksjon er ingen enkel oppgave.

Is i seg selv er ikke iboende glatt, men det blir så når et tynt lag med vann danner på overflaten. Vannet kan oppstå når varme fra friksjon smelter isen, eller via en naturlig fast til flytende faseovergang, kalt premelting, som oppstår nær overflaten selv ved temperaturer godt under vannets volumfrysningstemperatur. (Denne forutsetningen ble først observert for over 150 år siden da den britiske forskeren Michael Faraday rørte to isbiter sammen og så at de ble sittende fast. Han konkluderte med at det var et væskelignende lag på isens overflate som frøs da de to kubene kom i kontakt.)

Kompliserer studien av isfriksjon enda lenger, er det faktum at kontakten mellom isen og en glidende gjenstand oppstår ved grensesnittet mellom to faste stoffer, som kalles et begravet grensesnitt.

"Det er nesten umulig å studere direkte på det molekylære nivået som skjer ved det begravde grensesnittet, " sa Persson. Dette skyldes at det faste materialet blokkerer kontaktområdet, og du kan ikke sprede partikler som ioner eller elektroner fra grensesnittet for å studere det, som du kunne for en fri overflate.

Selv om premelting av topplaget på en fri isoverflate har blitt studert i stor grad både teoretisk og eksperimentelt, er det ikke klart, i hvilken utstrekning resultatene gjelder det begravede kontaktområdet mellom is og andre faste materialer.

Det finnes imidlertid et bredt spekter av eksperimentelle data som viser hvordan temperatur og glidende hastighet påvirker friksjon på is. Persson viktigste gjennombrudd var å koble en teoretisk beskrivelse av isfriksjon til eksperimentelle data. Han gjorde dette ved å utvikle en ligning som beskriver isens friksjonsskjærspenning, hvilket er stresset materialet opplever i området med ekte kontakt fra en kraft parallelt med overflaten (som for eksempel forårsaket av en glidende ski).

Ligningen viser hvordan skjærspenningen avhenger av istemperaturen på overflaten. Ligningen antyder at, som den frie overflaten, kan de begravde isgrensesnittene også fremvise forgjengelig oppførsel.

"Det viktigste resultatet er at jeg har konstruert en fenomenologisk skjærspenningslov som kan forklare isfriksjon som en funksjon av glidehastighet og temperatur i et bredt hastighets- og temperaturområde, " sa Persson.

Funnene bidrar til en bedre forståelse av den fysiske opprinnelsen til friksjon på is, som Persson sa er hans hovedinteresse. Senest har han utvidet sin leting etter gummi på isfriksjon, noe som er viktig for utforming av vinterdekk og sko. Når gummi glir over isen, spiller deformasjonen av gummi en viktig rolle for å bestemme friksjonen.

Til slutt kan arbeidet hjelpe alle til å nyte vinterværet mer, enten du vil gå trygt på isen i skoene eller glide med å forlate på en slede eller et par ski.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av American Institute of Physics . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. BNJ Persson. Isfriksjon: Rolle av ikke-jevn friksjonsoppvarming og isfordeling . Journal of Chemical Physics, 2015; DOI: 10, 1063 / 1, 4936299