Механіка розкрита. Учені зрозуміли, чому погладжування кішки створює статичну електрику

Люди й кішки тисячі років живуть пліч-о-пліч. За цей час наші улюбленці встигли набути репутації пухнастих злих геніїв, які, часом, піклуються лише про себе. Однак нам все ще відомо не так багато про життя своїх вихованців. Наприклад, кожен, хто коли-небудь гладив кішку і човгав ногами по килиму, знає, що тертя предметів один об одного генерує статичну електрику, пише PHYS.org.

Однак пояснення цього явища понад дві тисячі років вислизало від дослідників. Тепер учені з Північно-Західного університету заявили, що нарешті розкрили механіку цього явища. За словами команди, коли об'єкт ковзає, передня і задня частини цього об'єкта відчувають різні сили. Саме ця різниця в силах і призводить до того, що на передній і задній частинах об'єкта накопичуються різні електричні заряди. А різниця в електричних зарядах створює струм, що призводить до світлового розряду.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами керівника дослідження, професора матеріалознавства та інженерії, а також експерта з поверхневих структур Лоуренса Маркса з Північно-Західного університету, вперше вчені можуть пояснити те, що залишалося таємницею для науки: чому тертя має значення. Відомо, що раніше вчені вже намагалися пояснити експериментальні результати за допомогою необґрунтованих і невиправданих припущень.

Тепер команда запевняє, що знайшла відповідь і вона, як виявилося, дуже проста. На думку дослідників, наявність різних деформацій, а відтак і різних зарядів, спереду та ззаду чогось ковзного призводить до струму.

Уперше про статичну електрику стало відомо 600 року до нашої ери, коли грецький філософ Фалес Мілетський натер бурштин хутром і помітив, що останнє притягує пил. Відтоді вчені зійшлися в одному — тертя спричиняє статичний заряд у всіх ізоляторах — не тільки в хутрі.

У 2019 році Маркс з командою почали розгадку таємниці й тепер їм це нарешті вдалося. Команда заявила, що тертя двох матеріалів один об одного згинає крихітні виступи на поверхні цих матеріалів. Вчені виявили, що вигнуті та деформовані виступи викликають напругу.

За словами Маркса, у 2019 році вони лише заклали фундамент нинішнього дослідження. Вченим знадобилося майже 5 років, щоб вирішити це завдання. Під час дослідження їм вдалося розробити нову модель, яка обчислює електричний струм. Значення струму для низки різних випадків добре узгоджуються з експериментальними результатами.

В основі нової моделі вчених лежить концепція, відома як "пружний зсув". За словами команди. Пружний зсув може відбуватися, коли матеріал чинить опір ковзній силі: якщо людина штовхає пластину по столу, вона чинитиме опір ковзанню; щойно людина перестане її штовхати, пластина перестане рухатися. Це додаткове тертя, викликане опором ковзанню, змушує електричні заряди рухатися.

Таким чином вчені дійшли висновку, що ковзання і зсув тісно пов'язані. Ба більше, відомо, що статична електрика може призводити до кумедних ситуацій, коли волосся стає дибки, однак вона також може призвести до серйозних проблем. Наприклад, іскри від статичної електрики можуть:

• стати причиною пожеж і вибухів;
• перешкоджають послідовному дозуванню порошкоподібних фармацевтичних препаратів;
• впливати на те, як подрібнюються кавові зерна.

Автори дослідження вважають, що чим краще ми розумітимемо механізми, які діють, тим більше з перерахованих вище проблем нам колись вдасться розв'язати.

Раніше Фокус писав про те, що рої комах генерують статичну електрику.