على مقياس النانومتر - جزء من المليار من المتر - يمكن أن يسبب الاحتكاك اضطرابًا كبيرًا في الأجهزة الصغيرة التي تتكون من عدد صغير فقط من الذرات أو الجسيمات. نظرًا لنسبة السطح إلى الحجم العالية، فإن المواد النانوية حساسة بشكل خاص لقوى الاحتكاك
من أجل فهم ظاهرة الاحتكاك على مقياس نانومتر، كان على فريق من المهندسين من جامعة ويسكونسن أن يفكروا بشكل كبير. الاحتكاك هو قوة تعمل في أي نظام تتلامس فيه الأجزاء المتحركة مع بعضها البعض؛ كلما كانت مساحة الاتصال أكبر، كلما زادت القوة. على مقياس النانومتر - جزء من المليار من المتر - يمكن أن يسبب الاحتكاك اضطرابًا كبيرًا في الأجهزة الصغيرة التي تتكون من عدد صغير فقط من الذرات أو الجسيمات. نظرًا لنسبة السطح إلى الحجم العالية، فإن المواد النانوية حساسة بشكل خاص لقوى الاحتكاك.
ومع ذلك، يواجه الباحثون صعوبة في وصف الاحتكاك في مثل هذه الأبعاد الصغيرة لأن النظريات الموجودة ليست موثوقة بدرجة كافية للنشاط العملي للمواد النانوية. باستخدام المحاكاة الحاسوبية، أظهر فريق البحث أن الاحتكاك على المستوى الذري يتصرف بشكل مشابه للاحتكاك بين الأجسام الكبيرة. بعد مرور خمسمائة عام على اكتشاف ليوناردو دافنشي لقوانين الاحتكاك الأساسية للأجسام الكبيرة، أظهر فريق البحث أن قوانين مشابهة جدًا تعمل أيضًا على مستوى النانومتر. ونشر الفريق بقيادة إيزابيلا سزلوفرسكا، أستاذة علوم وهندسة المواد، النتائج التي توصل إليها في عدد فبراير من مجلة الطبيعة العلمية.
تعتمد النظريات الحالية حول الاحتكاك النانوي على فكرة أن الأسطح النانوية ناعمة، ولكن في الواقع، فإن الأسطح أشبه بسلسلة جبال، حيث تتوافق كل قمة مع ذرة أو ذرة واحدة.
أجرى فريق البحث عمليات محاكاة حاسوبية تعاملت مع المواد النانوية كمجموعة من الذرات، مع تتبع مواقعها وتفاعلاتها طوال عملية الانزلاق. ويوضح الباحث: "لأول مرة قمنا بمحاكاة الاحتكاك في أبعاد متشابهة إلى حد كبير مع الظروف التجريبية مع الحفاظ على الفصل الذري والتفاعلات العملية بينهما".
اكتشف الفريق القوانين الأساسية للاحتكاك النانوي. واكتشفوا أن الاحتكاك يتناسب مع عدد الذرات المتفاعلة بين سطحين نانومتريين. أظهرت عمليات المحاكاة التي أجراها الباحثون، على مستوى النانومتر، أن المواد التي تتلامس مع بعضها البعض تتصرف مثل الأجسام الخشنة الكبيرة التي تحتك ببعضها البعض أكثر من سطحين أملسين تمامًا، كما كان يُعتقد سابقًا. يوضح الباحث: "عندما تنظر إليه عن كثب، تجد أن السطح يتكون من ذرات، وبالتالي فإن الاتصال يكون خشنًا في الواقع".
إن المعلومات التي تم جمعها من عمليات المحاكاة التي أجراها الباحثون تتطابق إلى حد كبير مع المعلومات التجريبية المتراكمة في الماضي، وهو الأمر الذي فشلت النماذج السابقة في القيام به. ويأمل الباحثون في استخدام عمليات المحاكاة كأداة لفهم الآليات التي تؤثر على الاحتكاك، سواء على المستوى المجهري أو العياني.
"اليوم، لا أحد قادر على إعطاء توقعات موثوقة فيما يتعلق بالاحتكاك المتوقع أو تصميم مواد ذات خصائص الاحتكاك المرغوبة - لقد قمنا بقياس عدد كبير من معاملات الاحتكاك لمواد مختلفة، ولكن ليس من الواضح حقًا كيفية إرجاعها إلى خصائص الاحتكاك. المواد"، تشرح. إن أصل الاحتكاك هو حقًا مجال بحث مفتوح ومتنامي."
الخبر الأصلي من الجامعة
تعليقات 12
طازج:
تعتمد أسئلتك على مزيج أساسي من المفاهيم بين الشحنة الكهربائية والجهد الكهربائي.
لماذا تسأل من أين تحصل الجسيمات على شحنتها الكهربائية ولا تسأل من أين تحصل على كتلتها؟
اعلم أن الأسئلة متشابهة جدًا. إنها ليست بلا معنى، ولكن لا يزال عليك أن تتعلم الكثير (الكثير!) لبدء التفكير فيها بجدية.
ولكن ماذا؟ لاحظ أنني قلت يجب أن تدرس حتى تفكر فيها بجدية - ولم أقل أن الدراسات ستعطيك الجواب وهذا لأن الجواب لم يعرف بعد.
سوف تكون قادرًا على معرفة كيفية الحصول على شحنة الإلكترون من شحنة الكواركات التي يتكون منها، ولكن بعد ذلك سوف تسأل - وبحق - من أين تحصل هذه على شحنتها.
تحاول نظرية الأوتار الإجابة على هذه الأسئلة.
أ. بن نير. صباح الخير.
وستطالب المحكمة أيضًا ببراءته. والقفل لا يقفله حقًا لأنه لا يوجد شيء يلمسه داخل القفل أو القضبان.
كان للنبض اتصال كهربي بسبب التنافر الكهربائي في النيوترونات، وحصلت على تيار ثابت وكان هناك احتكاك لطيف
تعلموا أيها السادة.
إذا كان كلامك صحيحا بالفعل بأن "الاتصال الحقيقي" غير موجود، والكلام مقبول بالفعل في رأيي، فإن لذلك أهمية قانونية بعيدة المدى. على سبيل المثال، سيتمكن الرئيس السابق كاتساف من الادعاء بأنه «لم يمس حقاً» «المؤامرات» كما يقول، وبالتالي سيطالب ببراءته قانونياً، على الأقل من تهمة اللمس.
وبغض النظر عما إذا كان مفهوما أساسيا أم لا، فإن السؤال هو من أين تأتي هذه التهمة؟ بعد كل شيء، الكهرباء يجب أن تأتي من مصدر ما (القراءة/البطارية على سبيل المثال)، البديهية هي مفهوم رياضي، وليس مفهومًا فيزيائيًا.
مرحبًا رنان،
وبحسب فهمنا الآن (إذا تجاهلنا للحظة الاتحاد بين القوى الثلاث الشديدة..) فإن القوة الكهربائية هي مفهوم أساسي.
ولكن من أين تأتي الشحنة الكهربائية/الكهربائية (سواء كانت سالبة أو موجبة) الموجودة في الإلكترونات/النيوترونات؟
طازج:
تريد أن تخبرنا أنك لا تعلم حقاً أن قوى الجذب والتنافر الكهربائية هي قوى تعمل بين الشحنات الكهربائية وليس بين البطاريات؟
البروتونات والإلكترونات مشحونة كهربائيا.
الإلكترونات مشحونة سلبا والبروتونات مشحونة إيجابيا.
وبما أن الإلكترونات موجودة في الجزء الخارجي للذرة، فإن الالتقاء بين ذرتين عادة ما يجمع إلكتروناتهما معا ومن هنا يحدث التنافر الذي تحدثت عنه تلك النقطة (شحنتان لهما نفس الإشارة تتنافران)
إلى النقطة: كيف تتنافر القوى الكهربائية؟ من أين تأتي الكهرباء؟ لم تكن هناك مثل هذه المحاكاة في تيريا.
في الواقع، ما هو الاتصال الحقيقي بين جسمين؟
الى حد، الى درجة:
ويجب أيضًا إضافة قوى التجاذب الكهربائي بين الجزيئات (بالإضافة إلى قوى التنافر التي ذكرتها).
إن الفيلم الغبي والمضارب "Blip" قام في الواقع بتعليم الجماهير لأنه لا شيء يمس أي شيء.
فقط لنذكر، كما يعلم الجميع، أن "الاتصال" يشير إلى القوى الكهربائية التي تتنافر ذرة عن أخرى. لا يوجد شيء يمس أي شيء آخر، كما يظن الأطفال الصغار.