Трение без соприкосновения — это звучит как противоречие. Ведь со школы нам известно правило, открытое французским физиком Гийомом Амонтоном еще три столетия назад: сила трения напрямую зависит от силы прижатия поверхностей. Чем сильнее давишь, тем лучше сцепляются микроскопические неровности и тем труднее сдвинуть предмет. Но физики из Университета Констанца доказали: в мире магнетизма этот классический закон перестает работать.
Они провели мысленный эксперимент, создав модель из двух тонких магнитных слоев, разделенных пустым пространством. Эти слои не касались друг друга физически; их связывало лишь невидимое магнитное поле. Верхний слой, состоящий из миниатюрных свободно вращающихся магнитиков, двигался над нижним. Ученые меняли расстояние между слоями — аналог внешней нагрузки в классическом трении — и наблюдали удивительное.
Трение не росло с уменьшением зазора. Вместо этого оно вело себя загадочно: было почти нулевым при очень малом и очень большом расстоянии, но резко достигало максимума на некоторой промежуточной «золотой середине». Пик сопротивления возникал там, где его меньше всего ожидали увидеть.
Разгадка кроется во внутреннем конфликте. Один магнитный слой в модели стремился упорядочить свои частицы в одном направлении, а другой — в противоположном. Когда слои двигались друг относительно друга, эта фундаментальная несовместимость заставляла магнитные элементы беспрестанно переключаться, искать неустойчивое равновесие. Каждое такое переключение — микроскопическая трата энергии, которая и проявлялась как сила трения. Ключевую роль в этом процессе играет гистерезис, или «память» материала: его текущее состояние зависит от того, что с ним происходило мгновением ранее.
Таким образом, трение рождалось не от царапанья поверхностей, а от хаотичной перестройки внутреннего порядка в магнитном поле. Это открытие ломает привычные представления и открывает фантастические перспективы. Управляя магнитными полями, можно будет тонко настраивать трение буквально из ничего. Это сулит революцию в создании микроэлектромеханических систем, бесконтактных магнитных подшипников и высокоточных устройств подавления вибраций, где износ и физический контакт — главные враги прогресса.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.
Изображение: sciencedaily.com
