ความแรงของแรงเสียดทานถูกกำหนดโดยตัวเลขที่เรียกว่าเว็บตรงสัมประสิทธิ์การเสียดสีซึ่งอธิบายว่าต้องใช้แรงมากเท่าใดในการเคลื่อนย้ายวัตถุที่สัมพันธ์กับน้ำหนักของวัสดุแต่ละคู่ ( SN: 7/16/11, p. 14 ) ค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานเป็น 0 หมายถึงการแล่นเรืออย่างราบรื่นหรือไม่มีการเสียดสีเลย รองเท้าสเก็ตเหล็กที่ไถลบนน้ำแข็งสามารถมีค่าสัมประสิทธิ์ 0.01 ในขณะที่เหล็กบนเหล็กมีค่ามากกว่า 10 เท่า ประมาณ 0.6 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข เปลือกกล้วยมีชื่อเสียงในเรื่องความลื่นพอสมควร : บนพื้นเสื่อน้ำมัน ผิวเนียนมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานประมาณ 0.07 ( SN Online: 9/19/14 ) ยางบนถนนแห้งสามารถมีค่าสัมประสิทธิ์มากถึง 1 ค่าที่ลดลงเหลือประมาณ 0.6 เมื่อถนนเปียก( SN: 11/13/04, หน้า 308 ).
นักวิทยาศาสตร์กำลังใช้ประโยชน์จาก superlubricity
ซึ่งทำให้วัสดุมีความลื่นมากกว่าเปลือกน้ำแข็งและกล้วย คู่วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์ต่ำกว่า 0.01 ถือเป็นสารหล่อลื่นพิเศษ วิธีหนึ่งในการบรรลุ superlubricity ต้องอาศัยการเลือกโครงสร้างและการวางแนวของวัสดุที่ถูอย่างระมัดระวัง จุดมุ่งหมายคือการลดแรงเสียดทานของประเภทที่เรียกว่าการเคลื่อนที่แบบ stick-slip ลงอย่างมาก ซึ่งพื้นผิวที่เลื่อนจะสลับไปมาระหว่างสถานะที่เคลื่อนที่และสถานะติดขัด นักฟิสิกส์ Oded Hod จากมหาวิทยาลัยเทลอาวีฟกล่าวว่าแรงเสียดทานประเภทนี้เป็นเรื่องปกติ – นั่นคือสิ่งที่ทำให้เกิดเสียงเอี๊ยดที่น่าขนลุก
หากคุณสามารถย่อขนาดให้เล็กเท่าอะตอมได้ คุณจะเห็นว่าพื้นผิวของแผ่นวัสดุที่เป็นผลึกเรียบๆ เป็นชุดของเนินเขาและหุบเขาในรูปแบบปกติ ซึ่งเป็นโครงสร้างของอะตอมที่จัดเรียงเป็นตาราง เมื่อพื้นผิวเลื่อนเข้าหากัน อะตอมในชั้นหนึ่งไม่ต้องการให้อิเล็กตรอนทับซ้อนกับอิเล็กตรอนในชั้นอื่น “อิเล็กตรอนพูดว่า ‘เฮ้ อยู่ให้ห่างจากอาณาเขตของฉัน'” นักฟิสิกส์เรื่องย่อทางทฤษฎี Erio Tosatti จากโรงเรียนนานาชาติเพื่อการศึกษาขั้นสูงหรือ SISSA ในเมือง Trieste ประเทศอิตาลีกล่าว นั่นหมายความว่าวัสดุสามารถล็อคเข้าที่ชั่วคราวได้ เมื่ออะตอมถูกจัดเรียงตามที่ต้องการ พวกมันไม่ต้องการย้ายจากตำแหน่งที่สะดวกสบาย ข้อพิพาทนี้นำไปสู่การเลื่อนและหยุดเป็นระยะแทนการเคลื่อนไหวที่ราบรื่น
เนินเขาและหุบเขาที่สร้างขึ้นโดยอะตอมนั้นชวนให้นึกถึงกล่องไข่
ที่มีการจุ่มแบบปกติที่ไข่แต่ละฟองวางอยู่ ลองนึกภาพการพยายามเลื่อนกล่องไข่เปล่าสองกล่องมาทับกัน เมื่อกล่องบรรจุถึงจุดที่ถ้วยและสันเขาเรียงกันอย่างสมบูรณ์ พวกเขาจะติดค้าง ด้วยการกด พวกเขาจะเลื่อนจนกว่าถ้วยจะเชื่อมต่อกันอีกครั้ง และต่อไป ติดและลื่นไถลซ้ำแล้วซ้ำเล่า ในอาร์เรย์ของอะตอม กระบวนการลื่นไถลนั้นส่งผลให้พลังงานถูกแปลง ไม่ใช่เป็นการเคลื่อนไหว แต่ไปเป็นรูปแบบอื่นๆ ที่ไม่ช่วยเหลือ เช่น เสียงหรือความร้อน
พื่อแก้ปัญหาที่ยั่งยืนว่าทำไมน้ำแข็งถึงลื่น กลุ่มนักวิจัยได้เชื่อมโยงการเต้นกระตุกของโมเลกุลของน้ำกับแซมบ้าที่ลื่นไถลของคนเดินถนนที่เจอทางเท้าที่เป็นน้ำแข็ง
คติชนวิทยาทางวิทยาศาสตร์เชื่อว่าแรงกดจากพื้นรองเท้าทำให้น้ำแข็งละลายและทำให้เกิดชั้นน้ำหล่อลื่น ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานและส่งผู้ที่สวมรองเท้าไปบนเครื่องเล่น ไม่เช่นนั้น Mischa Bonn นักเคมีกายภาพแห่ง Max Planck Institute for Polymer Research ในเมืองไมนซ์ ประเทศเยอรมนี กล่าว: ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของน้ำแข็ง “แม้แต่ช้าง อย่างมาก” ความคิดที่ว่าความร้อนจากการเสียดสีของวัตถุเลื่อนจะทำให้น้ำแข็งละลายไม่ได้เช่นกัน ความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นอ่อนเกินไป การทดลองแสดงให้เห็น “คุณต้องใช้ความร้อนมากในการละลายน้ำแข็ง” บอนน์กล่าว
สเก็ตน้ำแข็ง
VANVEENJF/UNSPLASH
อีกทฤษฎีหนึ่งกลับกลายเป็นว่าใกล้ชิดกับความจริงมากขึ้น ฟิล์มโมเลกุลของน้ำเคลื่อนที่ครอบคลุมพื้นผิวของน้ำแข็ง ช่วยลดแรงเสียดทาน บอนน์และเพื่อนร่วมงานพิจารณาจากการจำลองและการทดลอง ที่รายงาน เมื่อเดือนพฤษภาคม 2018 ในวารสาร Journal of Physical Chemistry Letters
บางที นักวิจัยแนะนำว่าโมเลกุลที่หลวมเหล่านั้นอาจกลิ้งไปมาได้ การเหยียบแผ่นที่ลื่นก็เหมือนกับการพยายามเต้นบนลูกหิน ไม่มีการตั้งหลัก
คำอธิบายยังอธิบายคุณลักษณะอื่นของน้ำที่แช่แข็ง: เมื่อน้ำแข็งเย็นเกินไปจะสูญเสียความลื่น สิ่งนั้นเกิดขึ้น บอนน์และเพื่อนร่วมงานกล่าว เพราะโมเลกุลที่หลวมจะถูกตรึงไว้กับพื้นผิว นั่นหมายความว่ามีอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเล่นสเก็ตน้ำแข็งที่ไม่เย็นเกินไปและไม่ร้อนเกินไป จากการคำนวณของทีม อุณหภูมิ Goldilocks นี้ควรอยู่ที่ –7°C (19° Fahrenheit) นั่นคืออุณหภูมิเดียวกันกับที่ลานสเก็ตน้ำแข็งพยายามรักษาเพื่อให้ได้ความเร็วสเก็ตที่เร็วที่สุด เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง
