p O fenômeno da fricção, quando estudado em nanoescala, é mais complexo do que se pensava anteriormente. Quando ocorre atrito, um objeto não desliza simplesmente sua superfície sobre a de outro, também faz um leve movimento para cima e para baixo. Esta descoberta completa uma teoria centenária do atrito que data de 1699 e revela uma lacuna no pensamento contemporâneo sobre o atrito. O fenômeno - denominado histerese de elevação - foi descrito em um estudo recente dos pesquisadores Farid Al-Bender, Kris De Moerlooze e Paul Vanherck da Engenharia de Produção, Divisão de Projeto e Automação de Máquinas do Departamento de Engenharia Mecânica da KU Leuven. p O atrito é a força que ocorre quando uma superfície desliza sobre a outra, ou quando um objeto se move através de um líquido ou gás. Até agora, a teoria que explica o fenômeno do atrito foi fragmentada. Os físicos franceses Guillaume Amontons e Charles August Coulomb, trabalhando no final do século 17 e meados do século 18, respectivamente, se esforçou para encontrar uma explicação para a resistência ao atrito. A resistência ao atrito explica, por exemplo, por que deslizar um armário pesado pelo chão é muito mais difícil do que deslizar uma cadeira. Conforme o peso de um objeto aumenta, o mesmo acontece com a resistência. O chão e a parte inferior do gabinete movem-se um contra o outro da esquerda para a direita ou vice-versa. Mas, ao mesmo tempo, o peso do gabinete pesa perpendicularmente sobre a parte inferior do gabinete e o chão. Essa carga normal - 'normal' no sentido de ser perpendicular à direção do deslocamento - empurra as duas superfícies uma contra a outra e produz resistência conforme ocorre o atrito. Se colocarmos a cadeira e o armário sobre rodas e empurrá-los morro acima, mais força é necessária para mover o gabinete do que para mover a cadeira.
p Usando este raciocínio, Amontons e Coulomb explicaram o atrito pela aspereza de ambas as superfícies:os (às vezes microscopicamente pequenos) cantos e fendas de uma superfície - asperezas - que se assentam sobre as de outra quando um objeto repousa sobre outro. Quando ocorre atrito, essas asperezas desempenham o papel de inclinações. Eles são feitos para escalar, descer e deformar para que o movimento possa continuar, semelhante ao que acontece quando as cerdas de duas escovas se esfregam. Esta teoria é às vezes chamada de "hipótese de colisão" porque uma superfície tritura sobre as colisões de outra com um movimento para cima e para baixo.
p No século 20, tornou-se claro que a teoria existente não correspondia totalmente com as leis da termodinâmica, a ciência que estuda a conversão de calor em energia mecânica ou vice-versa. Especificamente, A hipótese de colisão de Amontons e Coulomb não conseguiu explicar a perda de energia como resultado do atrito. Em sua teoria, a soma da energia necessária para ir "morro acima" e depois "morro abaixo" é zero. Ao mesmo tempo, sabemos que as superfícies puras têm uma tendência eletroquímica de se grudar. Isso é causado por asperezas coladas umas às outras em um fenômeno denominado adesão. Um exemplo típico é a fita adesiva. Quando o movimento ocorre, todos os laços entre as asperezas das duas superfícies são quebrados e reformados em outro lugar. Consequentemente, fatores como velocidade e aceleração influenciam o atrito. Com o surgimento da teoria de adesão mais recente, A teoria de Amontons e Coulomb foi gradualmente caindo no esquecimento. Mas a moderna teoria de adesão de fricção mostrou ter inconsistências próprias.
p As técnicas de medição em micro e nanoescala agora permitem que os pesquisadores estudem o atrito em nível atômico. O professor Farid Al-Bender e sua equipe conduziram um experimento com sensores de fricção e deslocamento extremamente precisos e testaram vários materiais (papel, plástico e latão) em diferentes velocidades de movimento. Os resultados mapeiam medições de força de atrito consistentes com aquelas previstas pela teoria de adesão. Mas até agora, o 'movimento normal' - movimento perpendicular ao movimento de fricção - ainda não havia sido medido. Enquanto o movimento normal atinge meros 5 - 50 nanômetros - bilionésimos de um metro - esse movimento sistemático para cima e para baixo havia sido negligenciado anteriormente. Medições desse movimento normal, dizem os pesquisadores da KU Leuven, confirma a hipótese centenária de deformação de aspereza e inclinação iniciada por Amontons e Coulomb e pinta uma imagem mais complexa do fenômeno de fricção porque o movimento normal deve agora ser levado em conta ao desenvolver uma teoria abrangente de fricção. Os resultados de Al-Bender e sua equipe sugerem que o atrito é causado por uma interação de adesão, por um lado, e deformação de aspereza e declive, por outro.
p Tribologia - a ciência da fricção, lubrificação e desgaste - é uma área importante da engenharia mecânica. A pesquisa em tribologia pode ajudar a reduzir os custos econômicos e ambientais de produção e uso. Se a interação entre as superfícies móveis pode ser controlada, as entradas de tempo e energia podem ser otimizadas e desgastadas, avarias e desperdícios podem ser reduzidos. A pesquisa em tribologia também pode contribuir para a miniaturização de produtos, como componentes de computador. Na KU Leuven, a pesquisa em tribologia está intimamente ligada à pesquisa em engenharia mecânica, projeto da máquina, ciência dos materiais e robótica.
