Konstanz Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Daimi maqnitlərdən ibarət iki maqnit təbəqəsinin sxemi. Üst təbəqədəki maqnitlər sərbəst fırlanır, alt təbəqədəkilər isə sabitdir. Təbəqələr bir-birinə nisbətən hərəkət etdikdə, yuxarı maqnitlər vaxtaşırı istiqamətini dəyişir, enerjini yayır və təmassız sürtünməyə səbəb olur. Effektiv yükü idarə edən təbəqələr arasındakı məsafəni azaltmaqla, Amontons qanununun proqnozundan fərqli olaraq sürtünmə monoton şəkildə artmır. Müəllif: Hongri Gu

Konstanz Universitetinin tədqiqatçıları sürüşmə sürtünməsinin yeni bir mexanizmini kəşf etdilər: heç bir mexaniki təmas olmadan yaranan və sırf kollektiv maqnit dinamikası ilə idarə olunan hərəkətə müqavimət. Nature Materials jurnalında dərc olunan tədqiqat göstərir ki, sürtünmə, fizikanın ən qədim və ən fundamental empirik qanunlarından biri olan Amontons qanunu ilə postulatlaşdırıldığı kimi, yüklə birlikdə mütləq sabit şəkildə artmır, əksinə daxili maqnit nizamı pozulduqda aydın bir maksimum göstərə bilər.

Əsrlər boyu mövcud olan sürtünmə qanununun yenidən düşünülməsi

Üç əsrdən çoxdur ki, Amontons qanunu sürtünməni birbaşa yüklə əlaqələndirir və bu da ağır əşyaların hərəkət etdirilməsinin daha çətin olduğu gündəlik təcrübəni əks etdirir; məsələn, ağır mebel parçasını itələmək yüngül stulun sürüşdürülməsindən daha çox səy tələb edir. Bu davranış adətən yük altında təmasda olan səthlərin kiçik deformasiyaları ilə əlaqələndirilir ki, bu da mikroskopik təmas nöqtələrinin sayını artırır və bununla da sürtünməni artırır.

Əksər klassik vəziyyətlərdə bu deformasiyalar kiçik olaraq qalır və sürüşmə zamanı materialların daxili quruluşunu keyfiyyətcə dəyişdirmir. Buna görə də, hərəkətin maqnit sırasını dəyişdirə biləcəyi maqnit materiallarında baş verə biləcəyi kimi, sürüşmə daha güclü daxili yenidən konfiqurasiyalara səbəb olduqda Amontons qanununun da qüvvədə olub-olmayacağı aydın deyil.

Təmassız maqnit sürtünmə təcrübəsi

Bu rejimi araşdırmaq üçün komanda ikinci bir maqnit təbəqəsinin üzərində hərəkət edən sərbəst fırlanan maqnit elementlərinin ikiölçülü massivindən istifadə edərək masaüstü təcrübə apardı. İki təbəqə heç vaxt fiziki təmasa girməsə də, onların maqnit birləşməsi ölçülə bilən sürtünmə qüvvəsinə səbəb olur.

Tədqiqatçılar təbəqələr arasındakı məsafəni dəyişdirməklə, hərəkət zamanı daxili maqnit konfiqurasiyasının necə inkişaf etdiyini birbaşa müşahidə edərkən effektiv yükü davamlı olaraq tənzimləyə bildilər.

Təcrübələri aparan Hongri Gu deyir: “Maqnit təbəqələri arasındakı məsafəni dəyişdirməklə, sistemi rotorların sürüşdükcə daim yenidən təşkil olunduğu rəqabətli qarşılıqlı təsirlər rejiminə keçirə bilərik”.

Təəccüblüdür ki, sürtünmə həm kiçik, həm də böyük ayrılmalarda ən zəifdir. Lakin orta məsafələrdə rəqabətli qarşılıqlı təsirlər üstünlük təşkil edir: üst təbəqə maqnit momentlərinin antiparalel düzülüşünə (paralel, lakin əks istiqamətlərə yönəlmiş) üstünlük verir, alt təbəqə isə paralel düzülüşə üstünlük verir. Bu uyğunsuzluq sistemi dinamik olaraq qeyri-sabit bir konfiqurasiyaya məcbur edir.

Təbəqələr bir-birinin yanından sürüşdükcə, maqnitlər dəfələrlə isterik şəkildə (yəni mövcud vəziyyət onun keçmiş tarixindən asılıdır) bu uyğunsuz vəziyyətlər arasında keçid etməyə məcbur edilir və bu da enerji yayılmasını güclü şəkildə artırır və sürtünmədə maksimum dərəcədə nəzərə çarpan bir nəticə verir.

Kollektiv spin dinamikasından yaranan sürtünmə

Nəzəri təsviri hazırlayan Anton Lüders izah edir: “Nəzəri baxımdan bu sistem diqqətəlayiqdir, çünki sürtünmə fiziki səth təmasından deyil, maqnit momentlərinin kollektiv dinamikasından qaynaqlanır”.

Rəqabət aparan maqnit qarşılıqlı təsirləri təbii olaraq hərəkət zamanı isterik istiqamət dəyişikliyinə və nəticədə yüklə qeyri-monoton dəyişən sürtünmə qüvvəsinə gətirib çıxarır. Bu mənada, Amontons qanununun pozulması anomaliya deyil, sürüşmə zamanı maqnitləşmə dinamikasının birbaşa nəticəsidir.

Layihəyə rəhbərlik edən Klemens Beçinqer əlavə edir: “Diqqətəlayiq olan odur ki, burada sürtünmə tamamilə daxili yenidənqurma nəticəsində yaranır. Aşınma, səth pürüzlülüyü və birbaşa təmas yoxdur. Yayılma yalnız kollektiv maqnit yenidənqurmaları nəticəsində yaranır.”

Əsas fizika miqyassız olduğundan, nəticələr makroskopik model sistemindən çox kənara çıxır. Oxşar təsirlər atom baxımından nazik maqnit materiallarında da yarana bilər, burada hətta kiçik mexaniki yerdəyişmələr belə maqnit sırasını dəyişə bilər. Buna görə də, tapıntılar sürtünmə ölçmələri vasitəsilə maqnetizmi araşdırmaq və idarə etmək üçün yeni yollar açır.

Uzunmüddətli perspektivdə bu iş aşınma olmadan tənzimlənə bilən sürtünmə interfeyslərinə yönəlib . Maqnit histerezisdən istifadə etməklə sürtünmə uzaqdan və geriyə doğru tənzimlənə bilər və bu da sürtünmə metamaterialları, adaptiv amortizatorlar və ya təmassız idarəetmə elementləri kimi konsepsiyaları mümkün edir.

Potensial tətbiqlər aşınmanın cihazın ömrünü məhdudlaşdırdığı mikro və nanoelektromexaniki sistemlərdən tutmuş mexaniki hərəkətin daxili maqnit nizamı ilə sıx bağlı olduğu maqnit yataklarına, vibrasiya izolyasiyasına və atom baxımından nazik maqnitlərə qədər dəyişir.

Daha geniş şəkildə desək, maqnit sürtünməsi sırf mexaniki ölçmələr vasitəsilə kollektiv spin dinamikasına daxil olmaq üçün yeni bir yol təqdim edir və tribologiya ilə maqnetizm arasında yeni bir əlaqə yaradır.