Archive - Jul 15, 2015

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Grundgesetz der Reibungslehre auf atomarer Ebene geklärt

In der Tribologie, der Lehre von Reibung und Verschleiß, kennt man einen linearen Zusammenhang zwischen Last und Reibkraft. Ein Forscherteam des Exzellenzzentrums <a href=http://www.ac2t.at/ac2t>AC²T</a> und der TU Wien konnte diesem Gesetz nun im atomaren Maßstab auf den Grund gehen.

 

Wenn zwei Flächen aneinanderreiben, entsteht eine Kraft, die der Bewegung entgegenwirkt. Je mehr Last die Oberflächen aneinanderdrückt, desto stärker wird auch die entgegenwirkende Kraft. Das hängt damit zusammen, dass die Flächen im mikroskopische Maßstab betrachtet nicht glatt sind, sondern Rauigkeitsspitzen aufweisen. Die entscheidende Größe ist dabei die sogenannte effektive Kontaktfläche. „Wenn die Last gering ist, besteht nur physischer Kontakt zwischen den äußersten Unebenheiten der beiden Flächen. Wirkt von oben eine größere Last ein, werden die beiden Flächen enger aneinandergedrückt, und die effektive Kontaktfläche wird größer ", erklärt Stefan Eder vom AC²T den Zusammenhang.

 

Simulation schafft, was dem Experimentator verwehrt ist

Eder ist Erstautor einer Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht wurde und den Zusammenhängen mithilfe von Computersimulationen nachspürte. Dabei wurden Oberflächen auf der Größenskala von Nanometern modelliert und ihre Bewegung gegeneinander simuliert. Auf diese Weise wird es möglich, effektive Kontaktflächen zu bestimmen, was durch Messung im Experiment praktisch unmöglich wäre.

Die Ergebnisse bestätigen nicht nur einen linearen Zusammenhang zwischen Last und Reibkraft, sondern zeigen auch, dass dieser sogar dann noch bestehen bleibt, wenn es zu deutlichem Materialverschleiß an der Oberfläche kommt. Zudem zeigte sich, dass eckige Partikel an einer Oberfläche zu höheren Reibungskraft führen als runde.