Es wurde festgestellt, dass Scher-Ultraschall-Schütteln die Reibung zwischen Feststoffen verringert

Wenn Hochfrequenzschütteln an einer Grenzfläche zwischen zwei Festkörpern auftritt, haben neuere Experimente gezeigt, dass die Reibungskräfte zwischen den Objekten geschwächt werden können. Durch ein einfaches neues Experiment, detailliert in Das European Physical Journal Ehat Julien Léopoldès von der Université Gustave Eiffel, Marne la Vallée (ehemals ESPCI Paris) entdeckt, dass mechanische Schwingungen auch die strukturelle Alterung in diesen Systemen verstärken und manchmal plötzliche, ruckartige Bewegungen auslösen können.

Die Ergebnisse könnten zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie Gebäude durch Umgebungsschwingungen geschwächt werden, und könnten Geologen auch dabei helfen, neue Erkenntnisse über die Mechanismen zu gewinnen, die für die Auslösung von Erdbeben und Erdrutschen verantwortlich sind.

Elastische Wellen aufgrund menschlicher Aktivitäten und Erdbeben können in der Umgebung gefunden werden und sind dafür bekannt, Brüche zu induzieren. Um mehr über ihren Einfluss zu erfahren, konstruierte Léopoldès ein Experiment mit einem Kunststoffschieber mit aufgerauter Oberfläche. Mithilfe einer Feder wurde der Schieber mit einer sorgfältig kontrollierten Geschwindigkeit – im Bereich zwischen 1 Nanometer und 1 Zentimeter pro Sekunde – über einen glatten Glasträger gefahren. Der Glasobjektträger selbst war an einem Ultraschallwandler befestigt, der parallel zu seiner Grenzfläche mit dem Objektträger Scherschwingungen erzeugte.

In seinem Experiment hat Léopoldès die Reibungskräfte gemessen, denen der Kunststoffgleiter ausgesetzt ist, wenn er die von der Feder aufgebrachten Geschwindigkeiten variiert. Wie er vorhergesagt hatte, verringerte das hochfrequente Schütteln die Reibung, der der Gleiter ausgesetzt war – aber bei niedrigeren Gleitgeschwindigkeiten stellte er auch fest, dass die Vibrationen ausreichten, um das gesamte System zu destabilisieren. Bei diesen ruckartigen „Stick-Slip“-Bewegungen blieb der Gleiter zunächst statisch, bewegte sich dann aber plötzlich, als seine gespeicherte Energie auf einmal freigesetzt wurde.

Diese Entdeckungen könnten unser Verständnis darüber vertiefen, wie die Grenzflächen am Kontakt zwischen Festkörpern durch Wanderwellen beeinflusst werden, und könnten auch wichtige Anwendungen in Bereichen wie Geologie und Bautechnik haben.