- Учёные из Университета Констанца обнаружили новый тип трения скольжения — без физического контакта между поверхностями.
- В эксперименте сопротивление движению возникало из-за магнитного взаимодействия двух слоёв и достигало пика на промежуточном расстоянии между ними.
- Результаты показывают, что трение может не расти вместе с нагрузкой монотонно, как это описывает закон Амонтона, сформулированный более 300 лет назад.
Исследователи из Университета Констанца сообщили о новом типе трения, которое возникает без прямого контакта поверхностей. Вместо обычного механического соприкосновения сопротивление движению создаёт коллективное поведение магнитных элементов. Работа показывает, что в таких системах зависимость трения от нагрузки может идти не по классической схеме закона Амонтона.
Обычно этот закон связывает силу трения с тем, насколько сильно две поверхности прижаты друг к другу. В повседневной жизни это выглядит просто: чем тяжелее предмет, тем труднее его сдвинуть. Принято считать, что причина в микроскопических точках контакта, число которых растёт при увеличении давления.
Авторы работы проверили, что произойдёт, если движение меняет не форму поверхности, а внутреннее состояние материала. Для этого они собрали настольную установку с двумерной решёткой свободно вращающихся магнитных элементов, размещённой над вторым магнитным слоем. Слои не соприкасались, но между ними всё равно возникала измеримая сила трения за счёт магнитного взаимодействия.
Меняя расстояние между слоями, команда регулировала эффективную нагрузку и наблюдала, как перестраивается магнитный порядок во время движения. Оказалось, что трение мало и на очень близком расстоянии, и на большом удалении. Но на промежуточных значениях оно резко возрастает и образует выраженный пик.
Учёные объясняют это конкуренцией магнитных конфигураций. Один слой стремится выстроить магнитные моменты в антипараллельном состоянии, другой — в параллельном. Из-за этого система постоянно переключается между несовместимыми состояниями. Возникает гистерезис — зависимость текущего состояния от предыдущего, — а вместе с ним и дополнительные потери энергии, которые усиливают трение.
Закон Амонтона больше 300 лет использовали как базовое эмпирическое описание трения: чем выше прижимная сила, тем больше сопротивление движению. Новая работа показывает, что для магнитных систем с изменяющимся внутренним порядком эта зависимость может быть другой.
Для устройств, где рядом работают магнитные элементы без прямого контакта, важно учитывать не только расстояние между слоями, но и их внутреннее магнитное состояние. Иначе потери энергии могут неожиданно вырасти именно в промежуточных режимах.
