In hun experiment drukten Liang Peng, Thibault Roch, Daniel Bonn en Bart Weber een glad siliciumoppervlak tegen een ruw oppervlak. De onderzoekers, van de Universiteit van Amsterdam en het Advanced Research Center for Nanolithography, onderzochten 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, belangrijker nog: waarom?
Begrijpen 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 zullen volgen – net zoals de eerste moedige voetgangers een menigte aanzetten om over te steken.
Als gevolg, misschien tegen onze intuïtie in, begint het oppervlak gemakkelijker 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.
Van halfgeleiders tot aardbevingen
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.
Publicatie
The decrease of static friction coefficient with interface growth from single to multi-asperity contact, Liang Peng, Thibault Roch, Daniel Bonn en Bart Weber. Physical Review Letters 134 (2025) 176202.
QU is sinds kort weer actief op Instagram! Volg ons voor nieuws en aankondigingen van nieuwe artikelen: https://www.instagram.com/quantumuniverse.nl/