การลื่นมากช่วยลดการสูญเสียพลังงานได้เป็นคืนที่ไร้จันทร์ บาคาร่า ลมหอนข้างนอก ประตูเปิดออกช้าๆ ราวกับถูกผลักด้วยมือที่มองไม่เห็น “ครีก”
เสียงนั้น — ความคิดโบราณของหนังสยองขวัญ — เป็นผลมาจากการเสียดสี ทางเข้าที่หลบภัยเรียกร้องให้ทาน้ำมันบานพับประตู
ความเสียดทานมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง
ตั้งแต่นักไวโอลินที่ก้มเครื่องไปจนถึงเด็กที่ลื่นไถลจากสไลเดอร์ ในสถานการณ์ที่ถูกต้อง แรงที่แพร่หลายอาจมีผลกระทบอย่างมาก: แทรกหน้าสมุดโทรศัพท์สองหน้าเข้าไป แล้วการเสียดสีระหว่างหน้าจะยึดหนังสือไว้แน่นจนหนังสือแข็งแรงพอที่จะแขวนรถไว้เหนือพื้นได้
แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายได้อย่างเต็มที่ในระดับอะตอมและโมเลกุลว่าทำไมวัสดุหนึ่งคู่จึงเกาะติดในขณะที่อีกวัสดุหนึ่งเคลื่อนที่ได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น ความลื่นสุดขีดของน้ำแข็งเป็นปริศนามากกว่า 160 ปี. โมเลกุลของน้ำจำนวนมากบนผิวน้ำแข็งทำให้เกิดเงาที่สามารถทำให้รถหมุนหรือเลื่อนแคร่เลื่อนหิมะของเพนกวิน แต่การจะรับมือกับรายละเอียดว่าพื้นผิวที่ลื่นนี้เกิดจากโมเลกุลของน้ำได้อย่างไรนั้นค่อนข้างยากอย่างน่าประหลาด
วิศวกรเครื่องกล Ali Erdemir จาก Argonne National Laboratory ในเมืองเลมอนท์ รัฐอิลลินอยส์ กล่าวว่า “เรายังไม่เข้าใจสิ่งต่างๆ มากมายเกี่ยวกับแรงเสียดทาน” แม้จะเป็นธรรมชาติในชีวิตประจำวัน แต่ในระดับพื้นฐานที่สุด ความเสียดทานเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมในสองอะตอม วัสดุที่ชนกัน แต่ Erdemir กล่าวว่า “มีความไม่ต่อเนื่อง” ระหว่างกระบวนการเสียดสีขนาดใหญ่ที่เราสามารถมองเห็น สัมผัส หรือได้ยิน กับคุณสมบัติอะตอมที่เล็กกว่าของวัสดุที่สร้างพฤติกรรมที่รู้จักกันดีเหล่านั้น
นักวิทยาศาสตร์กำลังคิดค้นเทคนิคใหม่ๆ ในการลดแรงเสียดทาน นอกเหนือไปจากพื้นผิวที่ลื่นซึ่งเป็นที่รู้จักอย่างน้ำแข็ง เทฟลอน และเปลือกกล้วยของมุขตลกนับไม่ถ้วน นักวิทยาศาสตร์บางคนได้ค้นพบวิธีที่จะลดแรงเสียดทานลงสู่ระดับใกล้ศูนย์ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่า superlubricity คนอื่นกำลังศึกษาผลกระทบของควอนตัมที่ลดแรงเสียดทาน
กายกรรมปรมาณูอาจช่วยเปลี่ยนแรงเสียดทานขึ้นและลงได้ตามต้องการ ซึ่งเป็นความสามารถที่มีประโยชน์เนื่องจากมีบางครั้งที่การเสียดสี แรงที่กระทำต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เลื่อนหรือกลิ้งนั้นมีประโยชน์ แรงเสียดทานของยางบนแอสฟัลต์ เช่น ทำให้รถเลี้ยวโดยไม่หมุนออก แต่การเสียดสียังทำลายความเร็วของรถด้วย ดังนั้นจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อให้รถเคลื่อนที่ต่อไป
ความสามารถในการต่อสู้กับความเสียดทานอาจมีผลในโลกแห่งความเป็นจริง คาดว่าหนึ่งในสามของพลังงานที่จ่ายพลังงานให้กับรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลจะสูญเสียไปจากการเสียดสี และแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น เช่น ความร้อนและเสียง อุปสรรคเดียวกันนี้ส่งผลกระทบกับเครื่องจักรอื่นๆ แทบทุกเครื่องเท่าที่จะจินตนาการได้ ดังนั้นประมาณหนึ่งในห้าของการใช้พลังงานประจำปีของโลกจะต้องต่อสู้กับการเสียดสี การลดการสูญเสียเหล่านั้นจะหมายถึง “การประหยัดอย่างมาก” Erdemir กล่าว
ลากจริง
มนุษย์เล่นซอกับแรงเสียดทานมานานแล้ว ชาวอียิปต์โบราณดูเหมือนจะรู้ว่าการเทน้ำเล็กน้อยลงบนทรายทำให้เลื่อนก้อนหินหนักๆ ข้ามทรายได้ง่ายขึ้นซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างปิรามิด นักวิจัยรายงานในปี 2014 ในPhysical Review Letters
Leonardo da Vinci สนใจในเรื่องแรงเสียดทานและวิเคราะห์แรงอย่างเป็นระบบ ไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติเสียดสีที่สำคัญ เช่น เทฟลอน ซึ่งสร้างขึ้นในปี 1938 ซึ่งช่วยให้ไข่หลุดออกจากกระทะได้ง่ายบนจาน
เมื่อพื้นผิวเสียดสีกัน อะตอมในวัสดุทั้งสองจะเกิดการกระแทก ส่งผลให้คลื่นสั่นสะเทือนเล็กๆ เรียกว่า โฟนอน กระเพื่อมผ่านวัสดุ ในขณะเดียวกัน พันธะเคมีระหว่างพื้นผิวจะก่อตัวและแตกออกเมื่อวัสดุหนึ่งเลื่อนไปตามอีกวัสดุหนึ่ง อะตอมสามารถดึงออกจากที่เดิมโดยขูดวัสดุออก กระบวนการนี้เรียกว่าการสึกหรอ อธิบายได้ว่าทำไมดอกยางในรองเท้าผ้าใบของคุณจึงสึกไปตามเวลา ทำให้คุณมีพื้นรองเท้าที่ลื่นเกินกว่าจะจับบนทางเท้า
การเสียดสีสามารถทำให้เกิดคลื่นเสียงที่เราได้ยินได้ เช่น รอยขีดข่วนของกระดาษทรายหยาบ เสียงเอี๊ยดอ๊าดของโซ่จักรยานที่เหนียวหนึบ หรือใช่ แฟนสยองขวัญ ประตูที่ลั่นดังเอี๊ยด การเสียดสีบางครั้งทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้า ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์ซึ่งสามารถสร้างแรงปะทะได้ อย่างที่ใครก็ตามที่ถอดเสื้อสเวตเตอร์และสัมผัสลูกบิดประตูโลหะย่อมรู้ดี
การเคลื่อนที่ประเภทต่างๆ มีความเสียดทานต่างกัน วัตถุที่อยู่กับที่ต้องใช้แรงในการเอาชนะแรงเสียดทานมากกว่าวัตถุที่เคลื่อนที่อยู่แล้ว และวัตถุที่กลิ้งมีแรงเสียดทานน้อยกว่าของที่เลื่อนได้ การล็อกล้อของรถเข็นเด็กทำให้อยู่นิ่งได้ เว้นแต่คุณจะดันด้วยแรงมากพอที่จะลากล้อที่อยู่กับที่บนพื้น บาคาร่า
