Исследователи из Университета Констанца (Германия) обнаружили новый тип трения, который возникает без физического контакта между поверхностями, обусловленный исключительно магнитными взаимодействиями. Эта находка ставит под сомнение закон Амонтонса, который на протяжении более 300 лет является основой физики трения.
Об этом сообщает Finway
Как возникает бесконтактное магнитное трение
В традиционных системах трения сила трения напрямую зависит от давления между двумя поверхностями: чем больше давление, тем сильнее трение. Это объясняется деформациями материалов, создающими большее количество контактных точек. Однако в случае магнитных материалов ситуация оказалась иной: движение между слоями может привести к значительным внутренним изменениям.
В рамках исследования ученые провели эксперимент с двумя слоями постоянных магнитов: верхний слой мог свободно вращаться, в то время как нижний слой оставался неподвижным. Физического контакта между этими слоями не было, но магнитное взаимодействие все же вызывало измеримое трение. Исследователи регулировали расстояние между слоями, наблюдая изменения в магнитной структуре во время движения.
Пики трения и нарушения закона Амонтонса
В ходе эксперимента было установлено, что трение минимально, когда магнитные слои расположены очень близко друг к другу или, наоборот, на большом расстоянии. Однако на промежуточных расстояниях наблюдался резкий пик трения, противоречащий предсказаниям закона Амонтонса. Основная причина заключается в конфликте выравнивания магнитных моментов: верхний слой стремится к антипараллельной ориентации, в то время как нижний предпочитает параллельную ориентацию. Это противоречие создает нестабильность в системе и увеличивает потери энергии.
«Когда магнитные слои движутся относительно друг друга, верхние магниты периодически переориентируются, рассеивая энергию и вызывая бесконтактное трение. По мере уменьшения расстояния между слоями трение не увеличивается равномерно, что противоречит предсказанию закона Амонтонса.»
Постоянное переключение между различными магнитными конфигурациями приводит к значительным потерям энергии и появлению пиков трения. Ученые подчеркивают, что это явление возникает исключительно из-за коллективной динамики магнитных моментов, а не в результате механического контакта между поверхностями.
Это открытие открывает новые горизонты для изучения магнетизма через измерения трения и создает потенциал для управления трением без физического износа. Это особенно важно для микро- и наноэлектромеханических систем, магнитных подшипников, систем виброизоляции и тонких магнитных материалов, где движение и магнетизм тесно связаны. Новые технологии могут позволить удаленное и обратимое управление трением, значительно продлевая срок службы устройств и расширяя их возможности применения.
