15:59 Трение. |
 Трение – это сопротивление, оказываемое при движении одного объекта по поверхности другого. Это могут быть два любых предмета.Многие виды работ, которые мы выполняем в жизни, были бы невозможны без трения. Без трения машинные ремни соскочили бы, не смогли бы удержаться гвозди и шурупы, мы не смогли бы двигаться по тротуарам, колеса вращались бы, не продвигаясь вперед! Вместе с тем во многих случаях, особенно в технике, мы стремимся максимально уменьшить трение. Трение между твердыми телами вызвано в основном неровностями их поверхности. Чем ровнее эти поверхности, тем меньше трение. Интересно, что трение между однородными материалами больше, чем между разнородными. Когда мы смазываем поверхности (например, подшипники в двигателе), мы уменьшаем трение, заменяя трением жидкостей трение твердых поверхностей. Трение между твердыми телами бывает двух типов. Это качение и скольжение. При качении трение меньше, чем при скольжении. Вот почему колесо является величайшим открытием человека. Это позволило заменить скольжение на качение и уменьшить трение во много раз, особенно при перемещении грузов. Феномен трения До поры до времени не задумывались о загадочных свойствах трения, например, о том, почему трение о воду во много раз меньше, чем о сушу, и отчего примитивные деревянные катки, подложенные под тяжелый груз, позволяют, как по волшебству, обходиться десятками грузчиков там, где при обычном волоке надрывались бы сотни, а то и тысячи людей. С другой стороны, древние египтяне, воздвигавшие невиданные по размерам пирамиды из тщательно обработанных прямоугольных глыб, наверняка знали, что сопротивление при перетаскивании таких глыб не зависит от того, лежат ли они плашмя, покоятся на боковой грани или стоят «на попа». Причина этого явления мало кого интересовала до тех пор, пока французский ученый Гильом Амонтон не возвел его в конце XVII века (1699 г.) в ранг закона природы, носящего теперь его имя. Именно этот закон, подкрепленный столетие спустя опытами другого француза - выдающегося ученого Шарля Кулона, позволил объяснить таинственное ослабление тяги у первых паровозов даже при пологих подъемах в гору. Тем не менее физический смысл закона Амонтона - Кулона остается не вполне ясным и в наше время. А вот и еще одна загадка. Прошло уже полтора века с момента установления механического эквивалента теплоты, позволяющего точно соотнести работу на преодоление трения выделившейся при этом теплоте. Но каким образом происходит превращение механической энергии в теплоту при трении? Исчерпывающего ответа на этот вопрос нет и до сих пор. Отметим, наконец, и важную роль трения в становлении учения об электричестве. Даже само слово «электрон» происходит от греческого названия янтаря, на котором при трении наводится отрицательный заряд, т.е. возникает избыток электронов. В классических опытах Бенжамена Франклина трение служило простейшим способом перераспределения электричества в твердых телах. Наконец, вплоть до открытия Майклом Фарадеем явления индукции магнитным полем тока в проводнике трение служило единственным средством превращения механической энергии в электрическую. В то же время необходимо помнить, что трение как явление, при всей его важности, никогда не существует само по себе. Оно всегда вторично, и поэтому его скорее можно назвать спутником или, если угодно, своеобразной тенью самых разных явлений, будь то прохождение электрического тока по проводнику, скольжение саней по снегу или движение самолета и ракеты в среде, оказывающей сопротивление. Таким образом, трение есть скорее некоторое реальное ограничение, накладываемое на идеальную физическую модель явления. В еще более широком смысле трение выражает необратимость процессов и событий, происходящих в окружающем нас мире. Вот почему кажущееся нам столь заурядным явление трения - не только важный, но и интересный феномен, по-прежнему хранящий в себе немало тайн и вполне достойный более близкого знакомства. Трение - знакомое и таинственное Этот сайт рассказывает о трении - явлении, сопровождающем нас с детства буквально на каждом шагу, а потому ставшим таким привычным и незаметным.. Возьмем монету и потрем ею о шершавую поверхность. Мы отчетливо ощутим сопротивление - это и есть сила трения. Если тереть побыстрее, монета начнет нагреваться, напомнив нам о том, что при трении выделяется тепло, - факт, известный еще человеку каменного века, - ведь именно таким способом люди впервые научились добывать огонь. Снова потрем о ту же поверхность, но уже не монетой, а школьным ластиком, и сопротивление резко возрастет. Это также не вызовет особого удивления: всякий знает, что, кроме скользких предметов, норовящих выскочить из рук, есть резина, которая в отличие от других материалов не скользит, а потому с успехом идет на подметки для обуви. Любое механическое устройство - от детского велосипеда до сложнейшего космического корабля - нуждается в смазке, позволяющей резко ослабить трение … Ну, вот, пожалуй, и все, что известно о трении не только школьникам, но и подавляющему большинству взрослых. Спрашивается, что же тут интересного? Читатель будет, наверное, удивлен, если мы скажем, что с трением на протяжении веков и тысячелетий было связано немало сложных физических загадок и парадоксов, часть которых не решена и доныне. Изучением причин трения и природы этого явления занимались в разные времена и эпохи самые выдающиеся естествоиспытатели: Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилей, Ньютон, Эйлер, Джоуль и многие другие. Достаточно вспомнить, что трение - один из важнейших видов сопротивления движению, а, например, механическое движение с самого зарождения философии, а гораздо позднее - и естествознания, было едва ли не главным предметом размышлений и опыта. Поэтому без преувеличения можно сказать, что древняя тайна механического движения, раскрытая только в XVII веке, в эпоху становления классической физики, неразрывно связана с отчетливым пониманием истинной роли трения. Еще два века спустя опыты, позволившие установить механический эквивалент теплоты, послужили решающим подтверждением закона сохранения энергии - фундамента современной физики. И все же больше всего задач, во многом определяющих развитие нашей цивилизации и связанных так или иначе с трением, с незапямятных времен ставила перед человехом практика, т.е. сама жизнь. Люди отчетливо ощущали трение, перетаскивая волоком гигантские, весящие десятки тонн каменные глыбы, необходимые для сооружения древних могильников и святилищ. Первые катки с успехом использовались, например, для перетаскивания тяжелейших статуй богов в Мессопотамии, а также для строительства Стоунхеджа - гигантской обсерватории - святилища, построенного на территории современной Англии почти четыре тысячи лет тому назад. Примерно в третьем тысячелетии до нашей эры в Шумере и районе Кавказа появились громоздкие и неуклюжие повозки на колесах, в которые вначале впрягали волов, а позднее лошадей, ослов и других животных. В еще более ранние времена увлекаемые ветром и течением бревна, не тонущие даже под большим грузом, навели на мысль о плотах, которые породили первые примитивные суда, приводимые в движение веслами и парусом. Стало ясно, что изнуряющего трения на суше можно избежать, заменяя дорогостоящие и малоэффективные сухопутные перевозки по бездорожью речными, а затем и морскими. Проблемы трения настойчиво напоминали о себе и в самых примитивных механизмах, изобретенных в древности. В дошедших до нас опорах колодезных воротов времен бронзового века (V век до н.э.) обнаружены следы оливкового масла, которое помогало ослабить трение и избавляло наших пращуров от неприятного скрипа. Так, шаг за шагом, человек научился успешно бороться с трением доступными и привычными способами, передаваемыми из поколения в поколение и дожившими до нашей эпохи. Трение полезно! До сих пор мы много говорили о разных способах борьбы с трением, как с вредным явлением, вызывающим изнашивание, нагрев и другие неприятные вещи. А вот огромная польза трения в нашей жизни настолько привычна и так сжилась с нашим бытом, что почти незаметна. Напомним, что человек, обитающий на суше и не умеющий летать, передвигается только благодаря наличию трения покоя в защищающей ступни обуви, конструкция которой при всем разнообразии становится постепенно все более совершенной. И пусть вас не удивляет слово «конструкция» применительно к лаптям, ботфортам и босоножкам. Ведь ботинки или сапоги, в отличие, скажем, от шапки и рукавиц, не только согревают и оберегают от травм наши ноги, но и позволяют надежно и быстро двигаться по твердой поверхности. В этом смысле обувь - такое же техническое устройство, как протектор автомобильного колеса. Больше того, автопокрышки в техническом смысле - родные дети человеческой обуви с очень близким, как это ни странно, принципом работы. Поэтому специалисты, создающие обувь, просто обязаны хорошо разбираться не только в сапожном деле, но и в вопросах трения. Увы, многие модели современной обуви, радующие глаз отделкой или модным фасоном, свидетельствуют, скорее, об обратном. Надев такую обувь, нередко чувствуешь себя беспомощным не только на обледеневшем тротуаре, но и на хорошо натертом паркете какого-нибудь фойе концертного зала. Похоже, обувщики и не подозревают, что полимерные материалы, из которых сейчас все чаще изготавливают обувь, имеют значительно более низкий коэффициент трения, чем натуральная кожа, не говоря уж о резине. Отсюда и скользкие башмаки - источники нешуточных неприятностей. Знают ли изготовители обуви, что выйти из положения можно с помощью специальных рецептурных добавок и крупного (мелкий быстро стирается) гофра на подошвах, резко повышающих сцепление с грунтами самого различного типа? Есть и куда более тонкие приемы, которые нам подсказывает сама природа. Хорошо известно, что в критические моменты, чтобы не сорваться со скользкой жерди или подняться по крутой стене, человек не очень-то доверяет обуви, предпочитая действовать босиком. И не зря. Огромное преимущество нашей голой пятки и стопы в том, что они весьма эластичны. Это дает им возможность «вписываться» в шероховатый рельеф, резко увеличивая тем самым площадь фактического контакта с твердой поверхностью, а следовательно, и сопротивление проскальзыванию. Любопытно, что в значительно большей мере этим полезным свойством обладают ступни слонов. В поднятом положении конец ноги этих гигантов имеет закругленную форму, как бы лишенную стопы. Зато при опоре на землю ступня буквально расплющивается гак, что ее диаметр заметно превышает толщину ноги. Особый мелкий гофр на человеческой ступне также препятствует проскальзыванию ноги назад. При этом такой природный гофр совершенно не изнашивается, а точнее, непрерывно восстанавливается по мере истирания кожи - чудо, о котором обувщики могут пока только мечтать. Наконец, профиль нашей пятки округлен, что имеет глубокий смысл, поскольку хождение на двух ногах близко в определенном смысле к процессу качения, о чем мы рассказали выше. Тем не менее значительная доля обувного ширпотреба, как и столетия назад, изготавливается с прямоугольным профилем каблука, затрудняющим хождение и подверженным повышенному изнашиванию. Правда, в самое последнее время эту старую традицию сломали, наконец, специалисты по спортивной обуви: некоторые типы «кроссовок» уже выпускаются с закругленным сзади каблуком. Немалую роль играют, по-видимому, и нервные клетки на наших ступнях, сигналы от которых, корректирующие ходьбу, мы воспринимаем не только сознательно, но и инстинктивно. Здесь, как видно, еще много неясного и потенциально полезного. Вспомним, например, о много раз описанных ритуальных танцах некоторых народов, когда молодые юноши и девушки спокойно и без всякого вреда для себя шествуют босиком по тлеющим углям. Многократные проверки надежно показали, что ни о каком фокусе или массовом гипнозе здесь не может быть и речи, а ступни этих танцоров, как ни удивительно, мало чем отличаются от наших. Разгадка, если ее можно так назвать, состоит в том, что участники ритуала приводят себя путем особого психологического настроя накануне танца в экзальтированное состояние, которое, грубо говоря, временно придает их босым ступням повышенную термостойкость. Как и за счет чего это происходит в живом организме - пока не известно: и медики, и специалисты по созданию теплостойких материалов только недоуменно пожимают плечами. Так или иначе, но совершенно ясно: в конструировании обуви, позволяющей нам свободно и легко двигаться по матушке-земле, наслаждаясь жизнью, еще много резервов, которые рано или поздно будут использованы. Трение исчезло! Мы знаем, что в основе трения, по всей видимости, лежит рассеяние энергии, вызванное интенсивным обменом адгезионных связей при относительном скольжении тел. При переходе к качению этот обмен становится настолько мизерным, что трение почти исчезает. К сожалению, качение возможно далеко не всегда. Кроме того, подшипники качения - довольно сложные устройства и сравнительно дороги, да и в них, как мы заметили, почти неизбежно присутствует скольжение. Естественно возникает вопрос: как снизить трение скольжения до возможного минимума и каков он, собственно, этот минимум? Из модели Д. Томлинсона следовало, что единственный путь здесь состоит в уменьшении энергии единичного обмена, которую этот ученый считал примерно равной самой энергии связи. Из физики твердого тела известно, что слабейшая связь между атомами (так называемая связь Ван-дер-Ваальса) примерно раз в сто меньше самой сильной связи. Таким образом, уже полстолетия назад существовала теоретическая возможность снизить коэффициент трения скольжения до уровня порядка 10-3, близкого к показателю «жидкостного» трения. Тем не менее на практике все известные тогда твердые тела по-прежнему давали значения коэффициента трения, близкие к полученным еще Леонардо да Винчи. Невольно среди ученых и инженеров утверждалось мнение, что относительная величина сухого трения просто не может быть меньше определенного, причем довольно высокого, уровня. Такая точка зрения, в свою очередь, заставляла специалистов скептически относиться к возможностям дальнейшего усовершенствования твердых смазок. В самом деле, ведь слабая адгезионная активность смазочного вещества должна была сочетаться с его сильным прилипанием к поверхности защищаемого тела. Задача представлялась неразрешимой. Дело сдвинулось с мертвой точки лишь после того, как предметом исследований стали не твердые тела и не жидкости, а тонкие пленки органических веществ, «сидящие» притом, как выяснилось, весьма прочно на поверхности металлов и многих других материалов. Такие пленки получили название «граничных». Это прилагательное стали вскоре добавлять также к самим процессам смазывания и трения подобных пленок. Более того, довольно быстро выяснилось, что в данном случае инженеры и ученые имеют дело, как правило, не с контактом двух твердых тел, а с трением, создаваемым третьим телом - вездесущими граничными пленками, исподволь покрывающими поверхности контакта. Этим важным обстоятельством и объяснялось довольно странное постоянство коэффициента «сухого» трения у многих, столь не похожих друг на друга материалов. С изучением свойств граничных пленок начался новый период в истории науки о трении. Исследуя тонкие пленки органических кислот, нанесенные на полированную металлическую пластинку, английский физик В. Харди выявил высокую прочность таких пленок на «раздавливание», сочетающуюся с небывало низким для твердых тел коэффициентом трения. Достаточно было лишь легонько наклонить опору с пленкой, как лежащая на ней алюминиевая пластинка тут же соскальзывала прочь. Подобное явление «сверхскользкости» наблюдали позже примерно в аналогичных условиях и советские ученые А. С. Ахматов и Л. И. Панова. На первый взгляд можно было бы сказать, что поверхности смазаны жидкостью и ничего удивительного здесь нет. Но мы уже знаем, что механизм жидкостного трения не может быть реализован при столь низкой скорости скольжения и строгой параллельности пластинок. Кроме того, наблюдаемый при этом коэффициент трения в пределах 0,05 - 0,02 сохранялся и при высоких удельных нагрузках, при которых любая жидкость просто выдавливается из зоны контакта. Разгадка заключается в особой конструкции молекул жирных кислот. Обычная углеводородная цепь, составляющая основу такой молекулы, имеет на одном конце пассивную группу СН3, а на другом - довольно активную группу СООН, «жаждущую» вступить в прочный контакт с металлом. Намертво вцепившись в металл своими активными концами, целые армии молекул таких кислот разворачивались перпендикулярно поверхности, напоминая при таком построении щетину зубной щетки. Прочность слоя, образовавшегося из подобных, стоящих торчком молекул, на сжатие оказалась, благодаря мощному углеводородному хребту, примерно такой же, как и у стали. В то же время противоположная сторона молекулярной «щетины» была сплошь образована пассивными группами, обеспечивающими легкое скольжение. С физической точки зрения такая сильно ориентированная структура граничных пленок позволяет говорить, скорее, об их твердом, нежели жидком, состоянии. Но является ли такое состояние оптимальным для получения минимального трения? Оказывается, нет. В 1969 г. группой советских ученых было открыто явление аномально низкого трения твердых тел. Эффект был открыт случайно при попытке воссоздать в лаборатории такие же условия трения, как и в космическом пространстве, что, в свою очередь, было необходимо для обеспечения надежной работы узлов трения спутников и других космических аппаратов. Для этого пару трения, представлявшую собой стальной шарик, скользящий по полимерному диску, помещали в глубокий вакуум. Но в космосе беспощадно жжет Солнце, испуская потоки излучения и ускоренных частиц. Кроме того, наша Земля окружена радиационными поясами, состоящими из потоков быстрых электронов и протонов. Как все это повлияет на процессы трения? Об этом тогда никто не знал. Поэтому поверхность вращающегося диска бомбардировали непосредственно в процессе трения ускоренными частицами - электронами и атомами гелия. Для поддержания высокого вакуума и исключения попадания в зону трения паров масла из насоса трущаяся пара была окружена металлическим экраном, охлаждаемым жидким азотом, что, как выяснилось позже, было одним из решающих обстоятельств, приведших к открытию. При бомбардировке тефлона электронами трение, как и следовало ожидать, резко возросло, поскольку молекулярные цепи этого полимера необратимо рвались в этом случае на более короткие куски с образованием побочных продуктов распада, препятствующих смазыванию. При аналогичном воздействии на другой полимер - полиэтилен - трение, наоборот, заметно упало, что также не вызвало особого удивления: было известно, что молекулы полиэтилена, в отличие от тефлона, «сшиваются» под облучением, повышая его прочность. Сенсация произошла при бомбардировке того же полиэтилена ускоренными атомами гелия. Трение в этом случае сначала несколько возросло, а затем стало быстро падать и … исчезло совсем! Это означало, что коэффициент трения оказался ниже 0,001 - предела чувствительности установки. Но такой результат опрокидывал все представления о сухом трении, складывавшиеся на протяжении столетий. Это казалось столь невероятным, что ученые стали лихорадочно проверять - в порядке ли установка, а убедившись в справедливости и устойчивости результата, который упорно повторялся раз за разом, начали искать объяснение во всяких побочных явлениях, которые могли ускользнуть из поля зрения наблюдателей. Что делать, в науке, да и в нашей повседневной жизни, нередко случаются странные и кажущиеся необъяснимыми явления, которые оказываются на поверку причиной самых обычных обстоятельств, до поры до времени просто никому не приходивших в голову. Отлично зная об этом, ученые стали хладнокровно проверять все возможные варианты. Известно было, например, что полиэтилен под действием ускоренных частиц распадается, интенсивно выделяя водород. Не служит ли этот газ своеобразной «подушкой», исключающей сухое трение? Оказалось, что нет: водорода было слишком мало. Тогда, может быть, виною всему электрический заряд, скапливающийся на полиэтилене в результате бомбардировки этого изолятора атомами гелия? И такую версию пришлось отклонить, поскольку эффект аномально низкого трения (АНТ) сохранялся в опытах, где накопление заряда исключалось. Окончательная уверенность в истинности наблюдаемого «чуда» пришла к ученым после того, как эффект был обнаружен на молибдените - веществе, не выделяющем никакого газа при облучении и обладающем к тому же заметной электропроводностью. Последнее подозрение, связанное с возможным смазочным действием гелия, скапливающегося на поверхности молибденита при бомбардировке его атомами этого элемента, исчезло после того, как эффект АНТ был получен при воздействии на молибденит пучком ускоренных электронов. Итак, чудо действительно существовало: трение, оставаясь сухим, было в то же время неслыханно низким, близких по величине к жидкостному трению или даже трению качения. Перед учеными встала теперь захватывающая задача: раскрыть тайну обнаруженного явления, а заодно и проникнуть более глубоко в саму природу сухого трения. И здесь необходимо было прежде всего ответить на два естественных вопроса: почему эффект АНТ никогда не наблюдался раньше и что принципиально нового внесла в эксперимент бомбардировка одного из тел ускоренными частицами? Тут, в свою очередь, сразу выступила на передний план одна очень важная деталь: глубина проникновения в вещество атомов гелия при тех энергиях, которые использовались в опытах, не превышала одной миллионной доли сантиметра. Отсюда следовало, что причина трения «прячется» так или иначе в слое ничтожной толщины и достаточно что-то изменить только в этом слое, как трение исчезнет. Уже один этот вывод означал важный шаг как в понимании природы трения, так и в поисках путей его устранения. В самом деле, из представлений, изложенных выше, допускалось, что причина трения, по крайней мере в основном, связана, наряду с адгезией, с деформированием поверхностного слоя, толщина которого оценивалась в пределах 10-2-10-4 см. Поскольку это значение превышало глубину лучевой обработки дорожки трения в сотни и тысячи раз, гипотеза о передеформировании дорожки, как одной из главных причин трения, отпадала. Иными словами, экспериментально подтверждалось, что фундаментальной причиной трения служит отнюдь не механическое деформирование дорожки, а адгезионный эффект, сконцентрированный в тончайшем поверхностном слое. Реализация такого эффекта, основанного на непрерывном обмене адгезионных связей, требует толщины слоя всего 10-7 см, т. е. порядка удвоенного диаметра атома. Таким образом, опыты с эффектом АНТ в данном случае однозначно подтверждали адгезионную природу сухого трения. С инженерной точки зрения эффект АНТ позволил совсем по-новому оценить возможности твердых смазок, поскольку главный их недостаток - высокое трение, сопровождающееся интенсивным тепловыделением, - оказывался, в принципе, преодолимым. Кроме того, высокая эффективность необычайно тонких смазочных слоев, выявленная благодаря открытию эффекта АНТ, приводила к конструктивным идеям на совершенно новой основе. Механическая модель смазочной пленки, описываемая, например, твердостью и сопротивлением на срез, заменялась физической моделью, основой которой должна была стать энергия адгезионой связи, постоянная Томлинсона и другие микроскопические параметры. Другими словами, формирование смазочной пленки становилось предметом атомно-молекулярной инженерии. Здесь уже явно проглядывает тесная связь машиностроения с физикой, типичная для современной техники. Но что же все-таки служило главной причиной устранения трения, связанной с облучением? Получение эффекта АНТ на таком прочном и отлично изученном веществе, как молибденит, значительно упростило ученым ответ на этот вопрос. Вспомним, что молибденит, обладая слоистой структурой, способен ориентироваться в процессе трения так, что его элементарные слои оказываются примерно параллельными плоскости скольжения и на поверхности скапливаются преимущественно слабые адгезионные связи, которые и дают низкое трение… Низкое, но не сверхнизкое. Так в чем же дело? Физики-экспериментаторы пользуются методом, позволяющим судить о формировании поверхностных атомно-молекулярных структур по тому, как эти структуры отражают пучок ускоренных электронов, направленный под малым углом к поверхности. Причудливые изображения, рисуемые отраженным таким образом пучком электронов, могут наблюдаться воочию или фотографироваться с помощью специального прибора - электронографа. При этом о сильной ориентации или, как говорят, об упорядочении структур можно судить по узким дужкам или регулярно расположенным пятнам на электронограммах. Оказалось, что ориентация таких структур на поверхности молибденита при трении в воздухе чрезвычайно слаба, но становится куда более заметной при трении в вакууме. При реализации эффекта АНТ ориентация оказывалась уже очень сильной, что и приводило к исчезновению трения. Выходило, что при обычном трении что-то мешает ориентации пройти до конца, но эта таинственная причина устраняется при бомбардировке ускоренными частицами. Таким образом, круг поисков значительно сузился. Чтобы сделать следующий, решающий шаг, физики использовали другой чувствительный прибор - масс-спектрометр, позволяющий четко выявить состав и количество газа, определяющего так называемый фон камеры. Напомним, что трение происходило в среде, разреженной по сравнению с атмосферой примерно в миллиард раз. Тем не менее и в этом вакууме могли присутствовать, хотя и в малом количестве, различные вещества, в первую очередь молекулы воды и кислорода, способные повлиять на трение. Многочисленные спектрограммы отчетливо выдавали одну и ту же картину: сразу после начала облучения уровень «водяного фона» резко возрастал, а затем быстро падал до ничтожного значения - предела чувствительности прибора. Это могло означать лишь одно: разогнанные атомы гелия при ударе в молибденитовую мишень выбивали из нее молекулы воды, которые тут же улавливались экраном, охлаждаемым жидким азотом, и «выходили из игры». В самом деле, стоило только прекратить действие криогенного экрана, как водяной фон стабилизировался на сравнительно высоком уровне, а эффект АНТ в полной мере не наблюдался. Вывод напрашивался сам собой: молекулы воды и других веществ, прочно «сидящих» на поверхности молибденита, не только ухудшают его смазочное действие, но и препятствуют ориентации структурных блоков этого вещества в процессе трения. Бомбардируя поверхность молибденита, мы тщательно очищаем его от этих примесей, в первую очередь, от молекул воды, убивая тем самым сразу двух зайцев: убираем источники активных адгезионных связей и способствуем сильной ориентации поверхностных структур. Зависимость между коэффициентом трения μ молибденита и давлением водяных паров в окружающей среде отчетливо видна при наложении обеих характеристик друг на друга. Например, при переходе от обычной атмосферы к вакууму давление водяных паров снижается в миллион раз, а μ - всего в два раза. При включении криогенного экрана давление водяных паров падает уже примерно в сто раз, а μ - соответственно в 3,5 раза. Наконец, при включении электронной пушки давление паров снижается еще на несколько порядков, а уровень трения оказывается ниже 0,001 - предела чувствительности измерительного устройства. Поэтому можно сказать, что непосредственной причиной эффекта АНТ служит сверхобезвоживание поверхностного слоя молибденита, в результате которого парциальное давление влаги в окружающей среде снижается в десятки миллионов раз! Но если вся роль облучения сводится к изгнанию молекул воды из зоны трения, то почему нельзя использовать для этого обычный нагрев? Оказывается, можно. Однако выдержка молибденита при температуре 300 °С, необходимая для его полного обезвоживания, требует уже суток, в то время как при бомбардировке ускоренными частицами при комнатной температуре для этого достаточно десятков секунд. Здесь и кроется причина того, почему эффект АНТ не был обнаружен исследователями раньше, несмотря на то, что молибденит как смазочное вещество изучен достаточно хорошо. Приоткрыв завесу над тайной исчезновения трения, расшифровка эффекта АНТ не дала пока достоверного ответа на важнейший вопрос, что же является при подвижном контакте тел элементарной адгезионной связью - этим «кирпичиком» трения. Неясно, следует ли понимать под ним одновременное действие большой группы поверхностных атомов, сконцентрированных в неком микроочаге, или же предполагать, следуя Томлинсону, что элементарным актом трения служит взаимодействие всего лишь двух атомов, сильно сближенных, но принадлежащих разным телам. Четкий ответ на этот вопрос означал бы значительное продвижение на пути создания микроскопической теории трения. Посмотрим теперь на эффект аномально низкого трения с иной точки зрения. Вспомним, что для его получения необходим подвод добавочной энергии извне - воздействие на трибосистему потоком ускоренных частиц, который изменяет свойства поверхностного слоя вещества. Не исключено, что при этом важную роль играет явление самоорганизации. Детально вопросы самоорганизации рассматриваются в новой науке - синергетике, охватывающей самые различные области знаний. По материалам сайта http://treniye.ru/ |
|
|
| Всего комментариев: 0 | |