ENGINEERINGNET.BE - In hun experiment drukten onderzoekers van de Nederlandse Universiteit van Amsterdam en het Advanced Research Center for Nanolithography een glad siliciumoppervlak tegen een ruw oppervlak.
Het team onderzocht vervolgens hoe de wrijving zich gedroeg wanneer de kracht waarmee de twee oppervlakken tegen elkaar werden gedrukt, varieerde. Wordt het moeilijker om de twee oppervlakken langs elkaar te laten glijden als je harder drukt? En waarom?
De hoeveelheid wrijving bleek het resultaat van een interessant onderliggend proces. Bij een lage uitgeoefende kracht draagt slechts één klein contactpunt, een ruwheidspiekje in de oppervlakken, de last, en moet er hard tegenaan worden geduwd voordat de oppervlakken losschieten en gaan glijden.
Naarmate de kracht loodrecht op het grensvlak echter toeneemt, komen meer van zulke ruwheidspiekjes met elkaar in contact. Het team ontdekte dat, zodra een paar van zulke oneffenheden in dat geval beginnen te glijden, andere ook volgen.
Als gevolg, misschien tegen onze intuïtie in, begint het oppervlak makkelijker te glijden en neemt de relatieve bewegingsweerstand, de zogenaamde statische wrijvingscoëfficiënt, af.
Met behulp van een eenvoudig wiskundig model dat de experimenten ondersteunde, konden de onderzoekers aantonen dat het collectieve gedrag van de ruwheidspiekjes verklaart waarom de statische wrijving afneemt bij hogere belasting.
De resultaten vinden toepassingen op kleine en grote schaal. Op kleine schaal, bijvoorbeeld in de halfgeleiderindustrie, worden bij het maken van elektronische apparaten vaak gebogen oppervlakken op een vlakke tafel vastgeklemd.
Dat resulteert in een oppervlak dat zich precies op de grens tussen slippen en niet slippen bevindt. Het nieuwe onderzoek verklaart hoe het inzetten van het glijproces wordt beïnvloed door de grootte van het contact, wat belangrijk is bij het nauwkeurig construeren van apparaten uit allerlei materialen.
Op grotere schaal zijn aardbevingen het gevolg van het onderling verschuiven van verschillende delen van de aardkorst.
Inzicht in hoe deze verschuivingen beginnen en welke effecten belangrijk worden wanneer de grensvlakken groter worden, kan ons begrip van het ontstaan van aardbevingen vergroten en ons helpen om ze in de toekomst beter te voorspellen.
Op de illustratie boven: een schets waarin sterk wordt ingezoomd op het grensvlak tussen twee materialen. Het ruwere materiaal (grijs, boven) raakt het gladdere materiaal (paars, onder) in diverse ruwheidspiekjes.
