מחקר בגובה העיניים

מחקר בגובה העיניים

מפעל ייחודי של הקרן הלאומית למדע שמטרתו להנגיש את הישגי המחקרים הממומנים על ידה לציבור הרחב.

עובדות ומספרים

< חזרה למחקרים
פרופ' ערן בוכבינדר
פיסיקה כימית וביולוגית
מכון ויצמן למדע
מדעים מדוייקים וטכנולוגיה
תקופת המחקר
2016-2020

הפיזיקה של משטחי חיכוך: מכשל חומרים לרעידות אדמה

משטחי חיכוך מצויים בכל מקום סביבנו וממלאים תפקיד מרכזי בתופעות רבות. מחקר זה הוביל להבנה חדשה של השפעת הגופים היוצרים את משטח החיכוך על אופן ההחלקה ביניהם

נכתב ע''י ערן בוכבינדר, 15 אוק 2020

משטחי חיכוך, המורכבים משני גופים הנמצאים במגע זה עם זה, נמצאים בכל מקום סביבנו. הם ממלאים תפקיד מרכזי בתופעות שונות המתרחשות בקני-מידה שונים – החל בהתקנים ננו-מטריים ובמנועים ביולוגיים זעירים, דרך מכונות שבהן נעים חלקים זה ביחס לזה והתקנים הנדסיים אחרים, וכלה בלוחות הטקטוניים עצומי הממדים שבקרום כדור-הארץ. לחוזקם וליציבותם של משטחים אלה יש חשיבות גדולה ובסיסית: כאשר הם מתערערים, התוצאה עלולה להיות הרת אסון, למשל בזמן רעידות אדמה המתרחשות כאשר לוחות טקטוניים מחליקים זה כנגד זה. כשל של משטחי חיכוך קשור ביחסי גומלין בין שני גורמים: האנרגיה האלסטית האצורה בגופים – כמו בקפיץ מתוח – וההתנגדות הנוצרת במשטח המגע בעקבות החיכוך. שני גופים – לדוגמה, שני הלוחות הטקטוניים שהוזכרו לעיל, או צמיג של רכב והכביש שמתחתיו – נתונים בדרך כלל להשפעת כוחות הדוחפים אותם זה אל זה, והמגע ביניהם גורם לחיכוך. בנוסף, כוחות הפועלים במקביל למשטח בין הגופים, הקרויים כוחות גזירה, דוחפים את שני הגופים להחליק זה על פני זה. במילים אחרות, כוח הגזירה דוחף לתנועה של הגופים, ואילו כוח החיכוך מתנגד לתנועה זו. כל עוד גוברת ההתנגדות שיוצר החיכוך על כוחות הגזירה, המשטח והגופים שהוא מחבר נשארים תקועים במקום. אך כאשר כוחות הגזירה גוברים על התנגדות החיכוך, מתרחשת החלקה, המלווה בחזיתות החלקה המתפשטות לאורך המשטח. החלקה זו משחררת בדרך כלל כמות גדולה של אנרגיה שעלולה להיות הרסנית. מחקר זה הוביל להבנה חדשה של ההשפעה של הגופים היוצרים את משטח החיכוך, למשל צורתם והחומר שממנו הם עשויים, על אופן ההחלקה. בפרט, המחקר גילה כי החלקה לאורך משטחי חיכוך המורכבים מגופים זהים (מבחינת החומר והצורה כאחד) שונה באופן ניכר מהחלקה לאורך גופים השונים זה מזה, אפילו אם כוח החיכוך עצמו מתנהג באופן דומה. כמו כן, המחקר בחן תסריטים שונים לאופן שבו מתרחש המעבר מן המצב ה"תקוע" של המשטח למצב ההחלקה, כלומר עסק בתנאים להתחלה של רעידות אדמה. לבסוף, המחקר חשף את הדומה והשונה בין חזיתות החלקה המתפשטות לאורך משטחי חיכוך ובין סדקים המתפשטים בחומרים רגילים, למשל כאשר כוס זכוכית מתנפצת. המחקר, שהתמקד בפיתוחים תיאורטיים, לווה בסימולציות מחשב מתקדמות שתיקפו חלק ניכר מן התוצאות שהושגו וכן בהשוואה כמותית לניסויי מעבדה. התובנות שעולות מן המחקר מניחות את היסודות להבנה וניתוח כמותיים של תופעות רבות במערכות חיכוך מגוונות, וצפויות לשמש מדענים מתחומים שונים הכוללים פיזיקה, הנדסה וגיאופיזיקה. בפרט, הן עשויות לסייע בהבנה ובפרשנות חדשנית לתופעות הקשורות לרעידות אדמה.

פורסם בתאריך - 22-אוקטובר-2020 - התכנים נכונים ליום הפרסום

תמונות המחקר

מילות מפתח

Earthquake
failure
משטחי חיכוך
החלקה
חזיתות כשל
פורסם בתאריך - 22-אוקטובר-2020 - התכנים נכונים ליום הפרסום