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Es gecko-como la fricción de Coulomb? ¿Cuál es el más alto conocido de Coulomb $\mu_s$ para cualquier combinación de las superficies?

Los materiales con grandes coeficientes de fricción estática sería interesante y útil. Caucho en superficies rugosas normalmente tiene $\mu_s\sim1-2$. Cuando la gente habla de ejemplos con muy alta fricción, a menudo, en realidad están hablando de las superficies que son pegajosos (de modo que una fuerza que se necesita para separarlos) o húmedo (como el pegamento o el pegajoso calienta el caucho utilizado en dragster de los neumáticos y de las pistas). En este tipo de ejemplo, la costumbre de libros de texto modelo de fricción de Coulomb con $\mu_s$ y $\mu_k$ (nombrado después de que el Señor de Coulomb, el mismo hombre que la unidad fue nombrado para) no se aplica.

Yo estaba mirando a su alrededor para tratar de encontrar la mayor $\mu_s$ para cualquier combinación de superficies, limitándome a la fricción de Coulomb. Este grupo, en Berkeley, ha hecho unas sorprendentes de alta fricción de las superficies inspirado por los pies de los geckos. El documento describe su superficie como tener $\mu\sim5$. Lo que es confuso para mí es hasta qué punto estas superficies de exhibición de la fricción de Coulomb. El WP Gecko artículo tiene fotos de los Gecos caminar en vertical de cristal de las paredes del acuario, y también parece implicar una fuerza proporcional a la macroscópica de la superficie. Estas dos cosas son tanto incompatible con el modelo de Coulomb. Pero el grupo de Berkeley de la página web se muestra una moneda de mentir sobre un trozo de vidrio que es casi vertical, pero no del todo, y ellos se cita a $\mu$ valor. Este papel dice gecko-pie de fricción implica van der Waals de adhesión, pero creo que se refiere a la microscópico de adhesión, no macroscópica de adhesión; macroscópicas de la adhesión sería descartar el modelo de Coulomb. (El WP Gecko artículo tiene más referencias.)

Así que mi pregunta es: ¿cuál es el máximo coeficiente de Coulomb de fricción estática jamás observadas, y no la de Berkeley grupo de sustancias a calificar?

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mr obvious Puntos 51

Respuesta corta: Sí, me gustaría comprar la de Berkeley del grupo de trabajo; su valor de $\mu$ es el más alto que he visto...

Respuesta larga: Sí. La pregunta que surge a causa de la confusión entre los términos "adhesión" y "fricción".

Crudamente, la adhesión es una fuerza que resiste la separación de las superficies de contacto en la dirección normal. La fricción es una fuerza que se opone a la relación tangencial de movimiento entre dos superficies de contacto. Una necesidad no implica la otra, sus mecanismos causales son distintos y, de hecho, la mayoría de los modelos exclusivamente la dirección de uno o el otro.

La adhesión es impulsado por Van der Waals un poco las fuerzas.
"Coulomb" fricción (sólido-sólido) es causada por la presencia de asperezas (piensa en las pequeñas protuberancias o salientes) en las superficies. Debido a la presencia de estas asperezas, el "real" de la zona de contacto entre dos superficies es mucho más pequeño que el "aparente" de la zona de contacto. El Coulomb es un modelo fenomenológico ajuste a los experimentos que ha demostrado ser discutible suponiendo que este tipo de contacto. En cierto sentido, esto establece un límite superior de la resistencia a la tangencial de movimiento relativo entre las superficies.

Si de alguna manera a asegurar que estas áreas están muy cerca de la misma, sería de $\mu$, a continuación, aumentar?

Hay, de hecho, "íntima" de contactos donde la aparente y real de las zonas de contacto son casi de la misma y la resistencia a deslizamiento de los grandes. En tales casos, la fricción comportamiento está íntimamente ligada a los mecanismos de deformación en la pequeña escala (por ejemplo, la plasticidad de los metales). Sin embargo, incluso esto no es suficiente para conseguir el mayor número posible de $\mu$.

Por ejemplo, la tensión máxima de corte resistir el movimiento relativo de los metales está limitado a un valor máximo, más allá de la que no puede aumentar. (es decir,) en Lugar de

Tensión de corte = $\mu\times$ Normal, estrés ...(I)

Habría

Tensión de corte = min ($\tau_{max}$ , $\mu\times$ tensión Normal) ...(Ia)

La ecuación (I) es simplemente la ley de Coulomb aplica localmente.

P = $\mu$ N ...(II)

Ahora, si alguien ideó un contacto de materiales en el sistema que produce una muy alta $Q$ para un determinado $N$ en la ecuación (II) en un experimento, se podría afirmar que ellos habían ideado un material con un alto coeficiente de fricción.

Esto es esencialmente lo que el grupo de Berkeley parece que lo han hecho. Como ya he dicho, este tipo de cosas es difícil de hacer con los metales, incluso si el contacto íntimo se consigue (es decir, en un estado de severa deformación), algo así como Eqn. (Ia) se dispara y evita la resistencia al corte de una subida de más. Previamente, por lo tanto, la gente que logra alta $\mu$ uso compatible, materiales blandos, pero estos chicos utilizan una microfibra de la matriz a , ingeniero de una superficie con alta $\mu$.

Sus principales avances se (1) Alta $\mu$ de lo reportado en materiales blandos (2) Permitir el control de $\mu$ mediante el control de la fibra de diseño etc (3) el Logro de una alta $\mu$ en combinación con la baja adhesión, que no era el caso en materiales más blandos. Este es el tipo de propiedad combinación que iba a necesitar para el automóvil de los neumáticos.

Llegando a el Gecko papel, tiene mucho más que ver con la adhesión que la fricción. El Gecko de papel y la de Berkeley fricción papel tienen poco que ver el uno con el otro. También, contrariamente al mito popular, el Gecko mecanismo no tiene nada que ver con la "succión". Ver estos documentos en la Naturaleza - es en gran medida la adhesión de motor.

Fuerza de sujeción de un solo gecko pie de pelo K Otoño, YA Liang, SAN Hsieh, W Zesch, WP Chan... - la Naturaleza, 2000

Micro-fabricados adhesivo imitación de gecko pie de pelo AK Geim, SV Dubonos, IV Grigorieva... - la Naturaleza de los materiales, 2003

Para los físicos interesados en estas áreas - entiendo que tribología y sólidos de mecánica no se enseñan en Estados Unidos departamentos de física - podría ser de ayuda para referirse a textos estándar en Tribología por Bowden y Tabor, Kendall, Israelachvili, Persson, Maugis etc.

O mejor aún, hablar con sus colegas que trabajan en tribología (que son los que generalmente se pueden encontrar en ingeniería mecánica, ciencia de materiales y la química). Ellos estarán ansiosos y dispuestos a ayudar, aunque sólo sea por la oportunidad de presumir en las reuniones de los profesores que a un físico le pidió consejo :-)

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