Sürgés-forgás a súrlódás ellen
Zsigó Zsolt
2003/07/28 08:22
962 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
A "shuffleboard" nevű játék és az ókori curling nevű sport rajongói érdekes jelenségnek lehetnek tanúi, amikor a diszkoszszerű korong pörögve csúszik a felszínen, majd pedig a pörgő és csúszó mozgás együtt áll meg. Hogyan lehetséges ez?

A Physics Review Letters június 20-ai számában egy kutatócsoport adott magyarázatot erre a furcsaságra, és elméletüket kísérleti adatokkal is alátámasztották.

Az elmélet

Az elmélet szerint a súrlódás hangolja össze a csúszást és a pörgést, és így következhet be a két különböző mozgástípus együttes megállása. További állítás az, hogy a pörgő korongra ható súrlódás kisebb, mint az egyszerűen csak a csúszó korongra ható, és ennek eredményeként messzebbre is jut. A kutatók véleménye szerint a súrlódás ilyen jellegű csökkenését tapasztalhatjuk szemcsés anyagok áramlásakor, például a hegyoldalakon előforduló hócsuszamlás esetében is. A curling verseny résztvevőinek teljesen megszokott látványt nyújt, ahogy a korong haladása és forgása egyidejűleg áll meg A súrlódási erő iránya mindig ellentétes a mozgás irányával. A mind pörgő, mind pedig csúszó mozgást végző korong felületén a sebesség eloszlása igen bonyolult. A pörgés eredményeképpen az egyik oldal gyorsabban mozog, mint a korong közepe, a szemben levő oldal pedig lassúbb mozgást végez az ellenkező irányban. A sebességeloszlás határozza meg az eredő súrlódást, amely nem egyenlő a csak pörgő és csak csúszó korong esetén kapott súrlódások összegével.

Hogyan mozog a korong?

Ez egy szinte teljesen magától értetődő eredmény, mondta Dietrich Wolf, a németországi, University of Duisburg munkatársa. Véleménye szerint azonban sokkal meglepőbb következményekkel is számolnunk kell. A forgás csökkenti a súrlódást az egyenes mentén történő mozgás esetében, és az oldal irányú mozgás csökkenti a forgás során fellépő súrlódást. Ez egyfajta negatív visszacsatolás. Ha például a korong gyorsan csúszik, de lassan pörög, azt várhatnánk, hogy a pörgés szűnik meg hamarabb. De az oldalirányú mozgás csökkenti a forgási súrlódást, így a pörgés tovább fennmarad. Wolf és kollégái bebizonyítják, hogy a két különböző súrlódás kölcsönhatásának eredményeképpen bármilyen típusú pörgés és csúszás egyazon nyugalmi pont felé törekszik, és egyazon pillanatban maradnak abba. A kutatók az alábbi kísérleti elrendezés segítségével ellenőrizték elméletüket helyességét. Egy műanyag korongot pörgettek meg többször sík felületen és a mozgását digitális fényképezőgéppel rögzítették. Jól szórakoztunk, mondja Wolf, hiszen az elméleti fizikusok nem igazán végeznek kísérleteket Németországban. Mi több a kísérletek alátámasztották az elméletüket. Amikor a korong pörgött, messzebbre jutott ahhoz képest, mint amikor nem végzett forgó mozgást.

Az eredmények alkalmazása

A kutatók azt feltételezik, hogy az eredmények alkalmazhatóak részecskeáramlásokra, ilyen részecske áramokkal találkozhatunk például a lavinák esetében, vagy amikor gabona ömlik a silóba. Ha a simára csiszolt felületű részecskék összetorlódnak, és összedörzsölődve haladnak el egymás mellett, összességében az egyenes és forgó mozgásból származó súrlódás kisebb lehet, mint amire számítanánk.
Robert Behringer, aki Durhamben (Nort Carolina) dolgozik a Duke of University munkatársaként, úgy vélekedik hogy bár az új kutatás érdekes lehetőségeket rejt magában, a mindennapi életben való alkalmazása nehéz feladat elé állítja a tudósokat, hiszen a szemcseáramok leírása rendkívül bonyolult, kevéssé ismert területe a fizikának. Hozátette, hogy a Wolf és kollégái által leírt jelenség igazán az olyan sűrű porszerű anyagok változásainak leírásánál lehet érdekes, amelyek már szinte folyadékként kezdenek viselkedni.
Leo Silbert (University of Chicago) azt vallja, hogy a nagy kérdés az, hogy a részecskék felülete vajon elegendő ideig marad-e érintkezésben ahhoz, hogy ki tudjon alakulni az áramlást befolyásoló forgási és csúszási súrlódás közötti kölcsönhatás. Silbert "aranyos kis eredménynek" nevezte a fenti tapasztalatot, és a szemcsék anyagok áramlásának számítógépes szimulációjában látja a még problémásnak tűnő kérdések megválaszolásának zálogát.

David Lindley
természettudományos író, Alexandria, Virginia

Az eredeti cikk a Physical Rewiev Focus 2003. júniusi számában olvasható.

Fordította: Jánossy Zsolt

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE pilot Program iskoláknak a bullying ellen
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek