p Trabalhando juntos para estudar o atrito na escala atômica, pesquisadores da UC Merced e da Universidade da Pensilvânia conduziram os primeiros experimentos em escala atômica e simulações de atrito em velocidades sobrepostas. p Em "Dynamics of Atomic Stick-Slip Friction Examined with Atomic Force Microscopy and Atomistic Simulations at Overlapping Speeds", "Abre uma nova janela. Um artigo publicado em Cartas de revisão física , Ashlie Martini, professor de engenharia da UC Merced, O estudante de graduação Zhijiang Ye e seus sócios na Penn revelam como superaram as limitações tecnológicas de estudar o atrito em escala tão pequena. Eles esperam que seu trabalho leve a maiores insights sobre como controlar o atrito e o desgaste das máquinas.

p A equipe acelerou um microscópio de força atômica real e desacelerou a simulação de um, adicionando a um corpo de conhecimento sobre um fenômeno chamado "atrito stick-slip, "que freqüentemente afeta o deslizamento nas escalas macro e atômica.

p Martini e Ye trabalharam com o professor Robert Carpick de engenharia mecânica e mecânica aplicada da Penn e vários outros alunos de pós-graduação. É uma colaboração cultivada ao longo de muitos anos.

p "Estamos em nossa terceira bolsa da National Science Foundation (NSF) juntos, "Martini disse." Nossos modelos explicam os experimentos, e os experimentos ajudam a verificar os modelos. "

p O atrito stick-slip - a resistência associada ao deslizamento - é o produto de pontos atômicos de contato entre dois objetos que estão temporariamente presos um ao outro. Eles permanecem assim até que a força aplicada forneça energia elástica suficiente para que eles se separem. Os pontos então escorregam e deslizam até ficarem presos novamente.

p Mas estudar as interações atômicas subjacentes ao atrito stick-slip é inerentemente difícil, pois os pontos de contato são obscurecidos por ficarem rentes um contra o outro.

p Para contornar este problema, pesquisadores de fricção costumam usar a ponta de um microscópio de força atômica (AFM), um instrumento ultrassensível capaz de medir forças de nanonewton, como um ponto de contato. Como uma ponta de AFM funciona como uma agulha de registro, os pesquisadores podem medir a fricção que a ponta experimenta enquanto é arrastada sobre uma superfície. Os modelos de Martini e Ye prevêem a dinâmica de todos os átomos individuais nessa ponta.

p A qualidade das medições em um experimento AFM depende da prevenção de vibrações dispersas na ponta. Usualmente, os pesquisadores arrastam a ponta cerca de 1 micrômetro por segundo - no máximo. Para combinar este experimento em uma simulação, átomos individuais da ponta e da superfície são modelados em um computador.

p Mas fazer as medições dessa maneira tem seus problemas:cada quadro em uma simulação deve ser calculado em etapas tão pequenas que um computador precisaria de cerca de 30 anos para simular a velocidade real do micrômetro por segundo do experimento AFM.

p Para superar essa limitação, tipicamente, as dicas simuladas deslizam um milhão de vezes mais rápido do que em experimentos, então os pesquisadores precisaram se encontrar no meio. Martini e Ye encontraram uma maneira de desacelerar suas dicas de modelos, enquanto os pesquisadores da Penn aceleraram seus verdadeiros.

p "Este estudo agora abre muitas possibilidades para o uso de todos os insights atômicos disponíveis em simulações atomísticas para interpretar de forma confiável os resultados de estudos experimentais, "Carpick disse." Estamos otimistas de que isso acabará nos levando a percepções gerais e práticas para entender, controlar e reduzir o atrito e o desgaste. "

p Além dos resultados da própria pesquisa, Martini disse que a colaboração beneficia os alunos de graduação da UC Merced. Eles vão para a Pensilvânia por algumas semanas a cada ano e trabalham diretamente com seus pesquisadores parceiros, o que os ajuda a se preparar para a vida após a graduação.

p "A pós-graduação pode ser bem isolada, "Martini disse." Isso ajuda a preparar os alunos para o mundo real, onde o trabalho em equipe é comum. "