Γλίστρημα στον πάγο: ένα ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενο

 Ημερομηνία: Τετάρτη 23 Απρ 2008
Συγγραφέας: Άννα Χριστοδούλου

Εικόνα: Άννα Χριστοδούλου
Pin It

Έχετε κάνει ποτέ σας πατινάζ; Είτε στον πάγο με παγοπέδιλα, είτε στον δρόμο με ροδάκια, ακόμα και σε ένα βρεγμένο πάτωμα χωρίς κάποιον ιδιαίτερο εξοπλισμό… Το συναίσθημα είναι το ίδιο. Ξαφνικά χρειάζεται πολλή μεγάλη προσοχή για να ελέγξουμε την κίνησή μας και αν δεν είμαστε συγκεντρωμένοι στο επόμενο βήμα… γλιστράμε και πριν προλάβουμε να καταλάβουμε τι και πως, έχουμε βρεθεί στο πάτωμα! Η τριβή μόλις έλαμψε δια της απουσίας της και νιώθοντας την έλλειψή της πέσαμε… Η μήπως όχι;

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ για την παρουσία της τριβής στη ζωή μας; Κι όμως, βρίσκεται παντού. Απλά και μόνο το γεγονός ότι στεκόμαστε όρθιοι και περπατάμε ή το ότι μπορούμε και κρατάμε αντικείμενα οφείλεται σε αυτήν την περίεργη, αξιοθαύμαστη και πανταχού παρούσα δύναμη.

Τι είναι όμως η τριβή;

fingerprint

Η τριβή είναι η δύναμη που αντιστέκεται στην κίνηση των σωμάτων. Δοκιμάστε να σπρώξετε ένα αντικείμενο χρησιμοποιώντας πάρα πολύ λίγη δύναμη. Ο λόγος που δεν τα καταφέρνετε και χρειάζεται να προσπαθήσετε κι άλλο είναι η τριβή!

Η τριβή ασκείται ανάμεσα στις επιφάνειες, είτε αυτές κινούνται, είτε είναι ακίνητες. Οπότε αν απλά ρίξουμε μια ματιά γύρω μας αμέσως καταλαβαίνουμε πού ασκείται. Ανάμεσα στο πάτωμα και τα παπούτσια μας. Ανάμεσα στα χέρια μας και κάθε αντικείμενο που ακουμπάμε. Ανάμεσα στο τραπέζι και το φλιτζάνι μας. Ανάμεσα στα λάστιχα των αυτοκινήτων που τρέχουν και στην άσφαλτο. Ανάμεσα στα δάχτυλά μου και το πληκτρολόγιο, καθώς γράφω αυτές τις γραμμές.Ανάμεσα στα δικά σας δάχτυλα και στο ποντίκι, καθώς διαβάζετε αυτήν την στιγμή.

Ακόμα και διαισθητικά μπορούμε να καταλάβουμε, χωρίς κανείς ποτέ να μας το έχει πει, ότι η τριβή είναι μεγαλύτερη ανάμεσα σε δύο τραχιές επιφάνειες απ’ ότι ανάμεσα σε δύο λείες. Αυτός είναι και ο λόγος που για παράδειγμα όταν πηγαίνουμε στα χιόνια πρέπει να βάλουμε στους τροχούς αλυσίδες για να μην γλιστράει το αυτοκίνητό μας. Αυτή είναι και η χρησιμότητα των δαχτυλικών μας αποτυπωμάτων: χωρίς αυτές τις αναδιπλώσεις τις επιδερμίδας μας δεν θα μπορούσαμε να κρατήσουμε τίποτα! Όλα θα γλιστράγανε από τα δάχτυλά μας που θα ήταν λεία! Αυτός είναι και ο λόγος που στο καλλιτεχνικό πατινάζ, επειδή θέλουμε να ελαχιστοποιήσουμε την τριβή ανάμεσα στο παγοπέδιλο και στον πάγο, φροντίζουμε η λάμα του παγοπέδιλου να είναι λεία και λεπτή και ο πάγος επίσης να έχει λειανθεί με αμμωνία.

Το κρυφτούλι της τριβής ανά τους αιώνες

Η σχέση του ανθρώπου με την τριβή ήταν ζωτικής σημασίας από τα αρχαία χρόνια. Ο προϊστορικός άνθρωπος ανακάλυψε την φωτιά τρίβοντας ξύλα και χτυπώντας πέτρες μεταξύ τους, ενώ ήδη από την αρχαιότητα χρησιμοποιούνται λιπαντικά, όπως το ζωικό λίπος και τα φυτικά έλαια, για να ελαττώνουν τις τριβές.

Παρ’ όλο όμως που η τριβή στην αρχαιότητα αντιμετωπίζεται πρακτικά με τα διάφορα λιπαντικά, δεν μελετάται συστηματικά παρά μόνο τον 15ο αιώνα, από τον πρωτοπόρο Λεονάρντο Ντα Βίντσι, ο οποίος ενδιαφέρθηκε για την επίδραση της τριβής στα αεροδυναμικά οχήματα που σχεδίαζε. Μετά τον Ντα Βίντσι πήραν την σκυτάλη κυρίως μηχανικοί, οι οποίοι προσπαθούσαν να κατανοήσουν τις ιδιότητές της για να την εκμεταλλευθούν όσο το δυνατόν περισσότερο στην κατασκευή και την επινόηση διάφορων μηχανημάτων και συσκευών. Στον αιώνα μας χρησιμοποιούνται νέες εργαστηριακές μέθοδοι και νέα υλικά για την μικροσκοπική εξέταση της τριβής, όπως τα ραδιενεργά μέταλλα, ηλεκτρονικά μικροσκόπια κ.α.

Ηλεκτρομαγνητισμός: Η τριβή από κοντά!

Ανάμεσα στα ονόματα όλων όσων ασχολήθηκαν με την τριβή, φιγουράρει και το όνομα του στρατιωτικού μηχανικού Coulomb. Το όνομα αυτό είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με τον ηλεκτρομαγνητισμό, ενώ το ‘coulomb’ είναι η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο διεθνές σύστημα μέτρησης. Ας ρίξουμε λοιπόν μια πολύ κοντινή και προσεκτική ματιά στην τριβή και στο πως αυτή δημιουργείται…

Ο κύριος μηχανισμός με τον οποίο εξηγείται η δύναμη της τριβής είναι αυτός των ΄τοπικών συγκολλήσεων’. Γνωρίζουμε ότι όλα τα πράγματα γύρω μας, αλλά κι εμείς οι ίδιοι είμαστε φτιαγμένοι από άτομα. Ανάμεσα στα διαφορετικά άτομα αναπτύσσονται δεσμοί ηλεκτρομαγνητικής φύσης. Όταν λοιπόν δύο επιφάνειες ακουμπάνε η μία πάνω στην άλλη στην πραγματικότητα απέχουν μεταξύ τους αρκετές εκατοντάδες ή χιλιάδες ατομικές διαμέτρους. Δηλαδή παρόλο που εμείς βλέπουμε ότι ακουμπάνε κι ότι δεν υπάρχει κενό ανάμεσά τους, στην πραγματικότητα τα άτομα της μιας επιφάνειας δεν ακουμπάνε με τα άτομα της άλλης, παρά μόνο σε λίγες προεξοχές. Άρα η πραγματική επιφάνεια επαφής είναι ασύγκριτα μικρότερη από την φαινομενική. Ανάμεσα σε αυτά τα λίγα σημεία όμως που έρχονται πραγματικά σε επαφή αναπτύσσονται ηλεκτρομαγνητικοί δεσμοί. Η τριβή αντιπροσωπεύει τη δύναμη που χρειάζεται για να σπάσουν αυτοί οι δεσμοί.

Άλλες ερμηνείες:

Υπάρχουν κι άλλες συμπληρωματικές ερμηνείες για την δημιουργία της τριβής. Ενδεικτικά :

  • Το ΄όργωμα’ ανάμεσα σε υλικά διαφορετικής σκληρότητας. Δηλαδή αν έχουμε μια σκληρή και μια μαλακή επιφάνεια, τότε η σκληρή ΄οργώνει’, χαράζει τη μαλακή.
  • Οι συγκρούσεις ανάμεσα στις προεξοχές των διαφόρων επιφανειών. Αυτό ερμηνεύει πολύ καλά την τριβή ανάμεσα σε υλικά με έντονες επιφανειακές ανωμαλίες.

Ακόμα, ξέρατε ότι... Cool

  • Όταν ακουμπάμε κάτι ή όταν ενώνουμε τα δύο μας χέρια στην πραγματικότητα ακουμπάμε το κενό! Πράγματι, αν μπορούσαμε να παρατηρήσουμε από πάρα πολύ κοντά αυτήν την επαφή θα βλέπαμε ότι τα άτομα των χεριών μας δεν ακουμπάνε το ένα το άλλο… Αυτή η αίσθηση της αφής που νιώθουμε δεν είναι τίποτα παραπάνω από την αίσθηση της άπωσης, καθώς τα ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα των ατόμων των χεριών μας (κι όχι μόνο!) απωθούνται μεταξύ τους.
  • Η ακτίνα του ατόμου του υδρογόνου, του μικρότερου δηλαδή ατόμου που υπάρχει, είναι 0,000000001 μέτρα, δηλαδή ένα εκατομμυριοστό του χιλιοστού. Για να κάνουμε την σύγκριση, η διάμετρος της ανθρώπινης τρίχας είναι περίπου 0,000003 μέτρα, δηλαδή 3 εκατομμυριοστά του μέτρου ή τρία χιλιοστά του χιλιοστού.