For flere år siden, Mythbusters har visst prøvd å skille to tykke telefonen bøker med sider tett interleaved. De kunne ikke gjøre det. Forskere vet at det er på grunn av det enorme mengder friksjon blir generert, men nøyaktig hvordan dette friksjon oppstår er en langvarig mysterium. En ny artikkel av franske forskere konkluderer med at det hele kommer ned til det antall sider, tykkelsen og størrelsen på de overlapper hverandre (kontakt) – regionen mellom ark.
Studier av friksjon oppdatert hele veien tilbake til det 15. århundre, da Leonardo da Vinci skrev journal oppføringer som beskriver hans eksperimenter med ulike gjenstander gli langs en skråning. Guillaume Amontons og Charles August de Coloumb bygget på at arbeidet i de påfølgende århundrer, og fysikere har fortsatt å forbedre sin forståelse av lover av friksjon siden den gang.
De fleste av oss umiddelbart tenker på slipende friksjon — den typen som er produsert hvis du gni en tre-blokk over sandpapir, for eksempel. Men det er også lim friksjon, som for eksempel hvordan gummi obligasjoner med asfalt. Tenker på å få tyggegummi fast til skoen på en varm dag, hver gang du tar et steg, klissete av tyggegummi bremser deg ned litt. Når det kommer til interleaved telefonen bøker, friksjon er så sterk, det kan løfte en bil av den grunn.
Hector Alcaron og Frederic Restagno, både med Universite Paris-Sud, slo seg sammen med kolleger til å utvikle en matematisk modell som kan løse mysteriet en gang for alle. De tok par hefter av varierende tykkelse (mellom 12 og 100 sider) og interleaved dem, måler den kraft som utøves som de prøvde å skille hefter.
De bare publisert sine funn i Physical Review Letters. Spesielt de fant at selv en liten økning i antall sider som hadde en dramatisk effekt på hvor mye kraft som var nødvendig for å skille telefonen bøker. Det samme var sant da de økte området overlapper hverandre (kontakt mellom sider). Begge faktorer påvirker vinkelen på de deler av arket nærmest ryggraden. Jo brattere vinkel, jo større er den kraften som er nødvendig for å skille arkene fra hverandre. Og det er flere sider som det er, jo brattere at vinkelen vil være. Som David, Ehrenstein skriver på Fysikk Fokus:
Sponset
Nøkkelen til effekt er at sidene ikke er parallelt som de vifte ut fra bindingen mot overlapper regionen, slik at boken-skille kraft på hver side er anvendt på en liten vinkel. På grunn av denne vinkelen, separasjon kraft som bidrar til den “normale” kraft som er vinkelrett på sidene. Dette lille normal kraft som følge av å trekke på hver side bidrar til styrken på hver side under, slik at det totale normal kraft (og dermed friksjon) på en enkelt side kan være mye større enn man kunne forvente.
Og der har du det. Det samme prinsippet kan sees i en Kinesisk finger felle — den typen som strammer rundt fingeren hvis du prøver å trekke det ut — og i hvordan seilere fortøye skipet ved å pakke et tykt tau rundt en capstan.
[Physical Review Letters]
Bilder: Alarcon, H. et al./Physical Review Letters.