Все течет: Уточнение законов трения в «сейсмологической аэродинамической трубе»
Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) экспериментально доказали, что классический закон трения Кулона, предполагающий существование коэффициента статического трения и полное отсутствие движения до его преодоления, не отражает реальность. Используя метод цифровой корреляции изображений (DIC), они впервые непосредственно измерили микроскопическое скольжение между двумя сжатыми поверхностями под действием сил, меньших порога, предсказанного коэффициентом статического трения. Скорость этого движения составила всего 10-12 метров в секунду.
Это открытие, опубликованное в журнале Nature, подтверждает более сложные и точные законы трения «состояния и скорости» (rate-and-state laws), которые предсказывают, что движение происходит при любом ненулевом усилии сдвига. Работа имеет фундаментальное значение для понимания механики землетрясений и оползней, где аналогичные процессы происходят вдоль геологических разломов. Эксперименты проводились в лаборатории Caltech, известной как «сейсмологическая аэродинамическая труба», на поверхностях из специального пластика, имитирующего поведение горных пород.
Кроме того, ученые количественно измерили эффект «залечивания» (healing) — явления, при котором прочность контакта между поверхностями со временем увеличивается. Они установили, что после года контакта сопротивление трению при быстром скольжении будет примерно на 20% выше, чем после пяти минут. «Специалисты подозревали, что статического коэффициента трения не существует, но теперь мы окончательно доказали это», — говорит соавтор работы Арес Росакис. Эти результаты подчеркивают важность учета «залечивания» в моделях сейсмических разломов и могут объяснить проблемы с воспроизводимостью лабораторных экспериментов по землетрясениям.