कम-घर्षण अवस्था सूक्ष्म वस्तुओं को स्थानांतरित करना आसान बनाती है

यदि आपने कभी फर्नीचर के भारी टुकड़े को स्थानांतरित करने के लिए संघर्ष किया है, तो आपने शायद देखा है कि फर्नीचर को धक्का देते समय घुमाने से चीजें आसान हो जाती हैं। जर्मनी और इटली के शोधकर्ताओं ने अब सूक्ष्म पैमाने पर इसी घटना की जांच की है और इस प्रक्रिया में, उन स्थितियों की पहचान की है जो सूक्ष्म वस्तुओं को एक क्रिस्टलीय सतह पर न्यूनतम टोक़ के साथ घूमने की अनुमति देनी चाहिए। यह सैद्धांतिक खोज, जिसे टीम ने छोटे चुंबकीय क्षेत्रों पर प्रयोगों के साथ समर्थन किया, रोबोटिक्स और दवा वितरण जैसे क्षेत्रों में अनुप्रयोगों के लिए सूक्ष्म और नैनो-मशीनों के विकास में सहायता कर सकती है।

किसी वस्तु को स्थानांतरित करने के लिए - चाहे वह बड़ी हो या छोटी - किसी को भी अंतर्निहित सतह के साथ उसके स्थैतिक अनुवादीय घर्षण को दूर करने के लिए एक बल लगाना चाहिए। यह यांत्रिकी का एक बुनियादी सिद्धांत है, फिर भी अनुवाद और घूर्णन घर्षण के बीच संबंध जटिल है, और यह छोटे लंबाई के पैमाने पर और भी अधिक हो जाता है जहां संपर्क सतहों में कुछ सौ परमाणु शामिल हो सकते हैं। नैनोसाइज्ड उपकरणों में, ट्रांसलेशनल घर्षण एक विशेष समस्या है क्योंकि उनके उच्च सतह क्षेत्र-से-वॉल्यूम अनुपात का मतलब है कि उनकी सतह जल्दी से खराब हो जाती है और संपर्क में आने पर स्वचालित रूप से एक साथ चिपक सकती है।

दो परमाणु रूप से समतल सतहों के बीच संपर्क क्षेत्र की नकल करना

स्थैतिक अनुवादकीय और घूर्णी घर्षण के बीच संबंधों का अध्ययन करने के लिए, एक टीम के सदस्यों के नेतृत्व में क्लेमेंस बेचिंगर का कोन्स्तान्ज़ विश्वविद्यालय, जर्मनी माइक्रोन आकार के चुंबकीय क्षेत्रों के क्रिस्टलीय क्लस्टर बनाकर शुरू किया। फिर उन्होंने इन गोले को एक संरचित सतह के संपर्क में लाया जिसमें अंडे के कार्टन की तरह समय-समय पर कुएं होते थे। यह सेट-अप दो परमाणु रूप से सपाट सतहों के बीच होने वाले संपर्क के प्रकार की नकल करता है, में प्रकाशित शोध पर एक पेपर के प्रमुख लेखक शिन काओ बताते हैं। शारीरिक समीक्षा एक्स.

फिर शोधकर्ताओं ने सतह के संपर्क में प्रत्येक क्लस्टर से लगभग 10 से 1000 गोलाकार कणों को रखते हुए, घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके क्लस्टर को घुमाया। क्लस्टर को घुमाने के लिए आवश्यक न्यूनतम टॉर्क स्थिर घूर्णी घर्षण से मेल खाता है, जिसे शोधकर्ता समझाते हैं कि स्थिर ट्रांसलेशनल घर्षण के समान है जो क्लस्टर को धक्का देने के लिए आवश्यक न्यूनतम बल की विशेषता है।

एक बार जब रोटेशन एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाता है, तो शोधकर्ताओं ने पाया कि स्थैतिक घर्षण नाटकीय रूप से कम हो जाता है, जिससे बहुत बड़े समूहों के लिए अल्ट्रालो स्थैतिक घर्षण की स्थिति पैदा हो जाती है। "इस तरह की कम-घर्षण स्थिति सूक्ष्म वस्तुओं को न्यूनतम मात्रा में टोक़ लगाकर रोटेशन में सेट करने की अनुमति देती है और छोटे यांत्रिक उपकरणों के निर्माण और कामकाज के लिए अत्यधिक प्रासंगिक हो सकती है - परमाणु से सूक्ष्म पैमाने तक - हमें करीब लाती है छोटी और अधिक कुशल मशीनों को साकार करना, ”बेचिंगर कहते हैं।

अनुवाद और रोटेशन का एक सुपरपोजिशन

"किसी भी यथार्थवादी परिस्थितियों में, वस्तुओं की गति अनुवाद और रोटेशन की एक सुपरपोजिशन होती है," वे कहते हैं भौतिकी की दुनिया. "कई अनुप्रयोगों के लिए घर्षण प्रतिरोध को जानना महत्वपूर्ण है जो इस तरह की गति के साथ होता है क्योंकि घर्षण ऊर्जा की खपत करता है और यहां तक ​​​​कि उपकरणों की विफलता भी हो सकती है। ट्रांसलेशनल फ्रिक्शन के विपरीत, घूर्णी घर्षण के बारे में बहुत कम जानकारी है, लेकिन अब हमने अपने अध्ययन में बाद वाले को संबोधित किया है।"

अब तक, शोधकर्ताओं ने पूरी तरह से आवधिक सतहों पर ध्यान केंद्रित किया है। "हमारे भविष्य के काम में, हम दोषों का परिचय देंगे, जो कई परिस्थितियों में भी मौजूद हैं," बेचिंगर कहते हैं।