Schémas de mesure des forces de frottement. une, Configuration de manuel pour démontrer la friction solide-solide. b, Installation maison pour mesurer le frottement liquide-solide. Une goutte de liquide est placée sur un substrat solide monté sur une platine linéaire entraînée par un moteur pas à pas. Un faisceau laser incident sur le capillaire est réfléchi vers un détecteur sensible à la position (PSD). La largeur de contact entre la goutte de liquide et la surface solide (orthogonale à la direction du mouvement) et la longueur de contact (parallèle à la direction du mouvement) sont contrôlées simultanément par des caméras (non représentées). Crédit :(c) Physique de la nature (2017). DOI :10.1038/nphys4305
(Phys.org) - Une équipe de chercheurs travaillant à l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères a découvert par l'expérimentation que la friction dans les gouttes glissantes est similaire à certains égards à celle des objets solides. Dans leur article publié dans la revue Physique de la nature , le groupe décrit les expériences qu'ils ont menées dans leur laboratoire avec des gouttes sur des surfaces solides et ce qu'ils en ont appris.
L'une des choses que les étudiants débutants en physique apprennent est qu'une certaine force est nécessaire pour faire glisser un objet solide sur un autre, mais moins de force est nécessaire pour le maintenir en mouvement - les calculs peuvent montrer combien pour différents matériaux en utilisant des formules standard. Malheureusement, comme le notent les chercheurs avec ce nouvel effort, on ne peut pas en dire autant des liquides reposant sur des objets solides. En réalité, malgré une compréhension claire de la friction entre les objets solides depuis plus de 200 ans, les chercheurs savent peu de choses sur l'application de principes similaires aux liquides reposant sur des solides. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont cherché à découvrir s'il pouvait exister entre eux une relation similaire à celle trouvée pour les solides.
L'un des problèmes de mesure de la force requise pour déplacer une goutte a été la nature des gouttes - vous ne pouvez pas simplement la pousser pour la faire bouger. Dans la nature, les gouttes ont tendance à se déplacer vers le bas en raison de la gravité, pas un facteur qui peut être facilement ajusté. Pour contourner ce problème, l'équipe a mis en place des gouttes avec un capillaire positionné au centre de la goutte, puis a déplacé le substrat latéralement contre la goutte - la pression contre le substrat a pu être mesurée à l'aide d'un laser, offrant un moyen de tester le frottement.
Après avoir effectué plusieurs expériences avec différents matériaux, les chercheurs ont trouvé des preuves suggérant que la relation entre une goutte et un liquide avait quelque chose en commun avec la relation entre les solides, à savoir que la force initiale pour les faire glisser était supérieure à celle nécessaire pour les maintenir en mouvement une fois démarrés. Ils signalent que c'est le cas pour une grande variété de gouttes et de substrats. L'équipe reconnaît que leurs expériences ne sont qu'un début pour essayer de comprendre pleinement la nature de la friction entre les gouttes et les objets solides.
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