Atrito é controlado até desaparecer completamente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/04/2018

Se a monocamada de um cristal coloidal (pastilhas azuis) deslizar sobre uma grade óptica (laranja), o atrito pode desaparecer completamente porque as partículas evitam as depressões e se movem ao longo das saliências da grade óptica.[Imagem: T. Brazda et al. - 10.1103/PhysRevX.8.011050]

Eliminação do atrito

Físicos italianos e alemães descobriram como suprimir totalmente a fricção estática entre duas superfícies.

Isto significa que mesmo uma força minúscula torna-se suficiente para colocar objetos em movimento.

Curiosamente, é também possível fazer uma peça travar na outra controlando-se simplesmente a força aplicada.

Além de uma nova compreensão sobre o atrito em escala molecular, tudo isto é particularmente interessante em peças micromecânicas - nos MEMS e nanomáquinas, por exemplo - onde o atrito pode impedir o funcionamento dos mecanismos em poucas horas. Sumir com a fricção estática pode levar a níveis de eficiência há muito esperados.

Atrito de deslizamento e atrito de estático

Para mover um bloco de madeira sobre uma mesa, por exemplo, é necessário empurrá-lo. Quando Leonardo da Vinci examinou essa interação ilusoriamente simples de forma sistemática, há mais de 500 anos, ele descobriu as leis básicas do atrito de deslizamento. Como o atrito de deslizamento geralmente gera calor, é preciso empurrar constantemente o pedaço de madeira para compensar as perdas pela fricção - pare de empurrar e o pedaço de madeira pára.

No entanto, para iniciar o movimento, não é o atrito de deslizamento, mas o atrito estático que deve ser superado. O atrito estático é tipicamente maior do que a fricção de deslizamento e resulta da estrutura atômica das superfícies que estão em contato se encaixando uma na outra. As superfícies só podem se liberar e se mover umas contra as outras quando a força aplicada atingir um nível limite.

Na década de 1980, o físico Serge Aubry postulou que, se o espaçamento entre os átomos em uma superfície diferir apenas ligeiramente do espaçamento da rede atômica da outra, o atrito entre as duas superfícies deve desaparecer completamente.

Como manteiga

Usando feixes de laser e esferas de vidro na faixa de micrômetros - os chamados coloides - Thorsten Brazda e seus colegas criaram um modelo bidimensional de duas superfícies que permitiu pela primeira vez verificar experimentalmente o postulado teórico de Aubry.

Como as esferas eletricamente carregadas se repelem, elas se posicionam em uma camada plana periodicamente ordenada. Esta monocamada coloide forma uma das duas superfícies. A segunda superfície foi criada abaixo da camada de coloides usando três feixes de laser. Como resultado da superposição dos feixes, forma-se um cristal de luz, uma espécie de caixa de ovos óptica, com saliências e depressões.

E a coisa deslizou como manteiga.

Embora Aubry tenha restrito sua previsão a contatos unidimensionais em temperaturas de ponto zero, a equipe experimentalista foi capaz de provar que mesmo contatos bidimensionais em temperatura ambiente podem ser colocados em movimento sem atrito estático.

"Conseguimos transformar a configuração unidimensional artificial de Aubry em uma situação realista e demonstrar que sua ideia permanece válida em sistemas bidimensionais e a temperaturas finitas," disse o professor Clemens Bechinger.

O experimento funcionou em condições realísticas, a temperatura ambiente. [Imagem: T. Brazda et al. - 10.1103/PhysRevX.8.011050]

Controle do atrito

Estes resultados mostram que o atrito estático pode não apenas ser suprimido, mas também gerado como desejado se a pressão de contato entre as duas superfícies for aumentada.

Isto é importante na medida em que o atrito estático - em contraste com o atrito de deslizamento - é frequentemente um fenômeno desejado - é ele que nos permite agarrar objetos com segurança e garante que os pneus dos carros tenham aderência.

Esse modo de variar o atrito estático cria novas oportunidades para mover objetos facilmente através das superfícies e travá-los no lugar com segurança. Isto pode ser útil em caixas de câmbio micro ou nanomecânicas, acoplamentos, microrrobôs e em inúmeros outros equipamentos miniaturizados.

Bibliografia:

Experimental Observation of the Aubry Transition in Two-Dimensional Colloidal Monolayers
Thorsten Brazda, A. Silva, N. Manini, A. Vanossi, R. Guerra, E. Tosatti, Clemens Bechinger
Physical Review X
Vol.: 8, Iss. 1
DOI: 10.1103/PhysRevX.8.011050

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